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Ph. Lorenzini1 Transistors J-FET, MES-FET, HEMT. Ph. Lorenzini 2 Transistors à effet de champ Importance des FET et les différents types Une image physique.

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1 Ph. Lorenzini1 Transistors J-FET, MES-FET, HEMT

2 Ph. Lorenzini 2 Transistors à effet de champ Importance des FET et les différents types Une image physique de « comment ça marche » J-FET et MES-FET Les MOD-FET ou HEMT Les forces motrices pour les FETs modernes

3 Ph. Lorenzini 3 Transistors à effet de champ Leffet de champ est la variation de la conductance dun canal, dans un semi- conducteur, par lapplication dun champ électrique. Grille contrôle le canal

4 Ph. Lorenzini 4 Coupe schématique dun J-FET a : largeur (hauteur) maximale du canal, cest la largeur «métallurgique ». :profondeur du composant. h est la largeur de la ZCE sous la grille dans le canal. b largeur effective du canal. L longueur de grille

5 Ph. Lorenzini 5 Transistors à effet de champ à jonction : J-FET Dispo 3 pattes Source Drain Grille (« gate ») Rôle de la grille (gate) Contrôle la largeur du canal 2a

6 Ph. Lorenzini 6 J-FET: transistor à jonction Influence de la tension de grille Influence de la tension de drain-source

7 Ph. Lorenzini 7 Caractéristiques courant - tension Hypothèses simplificatrices: Mobilité des porteurs cte dans le canal Approximation du canal graduel ( L >> h => E(x) Eq. de Poisson à 1D: Approximation de ZCE abrupte Daprès jonction PN: En un point x => h(x): V(x) est le potentiel dans le canal: V(0) = V S = 0 V V(L) = V D = V DS

8 Ph. Lorenzini 8 Caractéristiques courant - tension Tension interne de pincement : la tension aux bornes de la ZCE nécessaire pour déserter tout le canal la tension de grille à appliquer est donc Tension de seuil ou de pincement

9 Ph. Lorenzini 9 Caractéristiques courant - tension Courant de drain (suivant x): J x = densité de charge x mobilité x champ électrique courant I:

10 Ph. Lorenzini 10 Caractéristiques courant – tension En intégrant on obtient finalement En intégrant on obtient finalement: Avec : Conductance max du canal

11 Ph. Lorenzini 11 Régime pincé – saturation du courant Pincement Conductance nulle Courant nul !

12 Ph. Lorenzini 12 impossible Si b(x)=0, J tend vers linfini : impossible Seules solutions pour maintenir I=cte Augmenter v(x) et/ou n(x) Seules solutions pour maintenir I=cte Augmenter v(x) et/ou n(x) n(x) couche 1 seule : n(x) couche daccumulation qui « ouvre » le canal. n(x) couche 1 seule : n(x) couche daccumulation qui « ouvre » le canal.

13 Ph. Lorenzini 13

14 Ph. Lorenzini 14 Courant en régime saturé

15 Ph. Lorenzini 15 Transconductance Régime linéaire: Régime saturé:

16 Ph. Lorenzini 16 MES-FET

17 Ph. Lorenzini 17 Fonctionnement en HF Calcul dans le cas du MES-FET: Variation de charge : Neutralité dans le canal temps de « réaction »

18 Ph. Lorenzini 18 Fonctionnement en HF est fonction de la longueur du canal temps de transit des électrons dans le dispositif. 2 cas: Modèle mobilité constante Régime de saturation de vitesse

19 Ph. Lorenzini 19 Fonctionnement en HF Réduction de la taille des composants modèle qui « colle » à la réalité « à saturation de vitesse » et sécrit : « colle » à la réalité « à saturation de vitesse » et sécrit : Dans le cas contraire:

20 Ph. Lorenzini 20 Transistor à hétérostructure : HEMT Source Grille Drain

21 Ph. Lorenzini 21 largeur du semi-conducteur « grand gap » largeur du « spacer » largeur du semi-conducteur « grand gap » dopé hauteur de la barrière Schottky discontinuité des bandes de conduction courbure de potentiel dans la zone 2 «grand gap» (la barrière) HEMT MES-FET Parasite

22 Ph. Lorenzini 22 HEMT pour plus de détails : H. Mathieu Canal long Canal court

23 Ph. Lorenzini 23 Idées forces pour la technologie FET Forces directrices Motivations et solutions Miniaturisation Technologie mixte Nouveaux matériaux Nouveaux concepts Pb de lithographie => optique, rayons X Modèles nouveaux pour le dessin des dispo GaAs + Si: vitesse + densité CMOS + BJT : densité + puissance Matériaux à forte mobilité Si => GaAs => InGaAs => InAs Puissance / haute température Si => GaAs => GaN => SiC Associer Effet tunnel et FET Interférence quantique

24 Ph. Lorenzini 24 Bibliographie S.M. Sze « Physics of semiconductors devices », 2° édition, Wiley, New York, 1981 H.Mathieu, « Physique des semi-conducteurs et des composants électroniques », 4° édition, Masson J. Singh, « semiconductors devices : an introduction », McGraw- Hill, Inc Y.Taur et T.H. Ning, « Fundamentals of Modern VLSI devices », Cambridge University Press, K.K. Ng, « complete guide to semiconductor devices », McGraw- Hill, Inc F. Ali et A. Gupta, Eds., « HEMts &HBTs :devices, fabrication, and circuits »,Artech House, Boston, 1991.


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