Why MESFET ?

1
???????

• ???
• ????????????????

2
Why MESFET ?

• High electron mobility
• ???,?????
• ??????
• ??????
• High saturation velocity
• ?????
• ??????
• ??GPS

3
MESFET???

• MESFET?Gate????????n-type GaAs????????
• ????L???W?Gate?????
• ????Drain?Source???????,???????n GaAs??

4
What is MESFET ?
5
????

• MESFET????JFET??????Gate?????????,???????Vgs??,???
  ????????,???????Vds?Drain??Source???,Vds??????????
  

6
????

• ??????????
• ?????
• ????

7
?????

• ??p-n junction??????,???????????
• n-type???????,??????? ?
• p-type??????,?????????
• ?????????????

8
????

• ?????????,??????????????????
• ??????
• ???????????,??????????????????.?????????(11019),
  ???????
• Au-Ge?????barrier,Ni??????????
• ?????????????????????

9
???????????
10
??Epitaxy

• Epitaxy??,???????
• Epi??????
• Taxis?????????
• ??????,?????????
• ????????????,????????
• CVD Epitaxy?Molecular Beam Epitaxy

11
??????(MBE)

• ??????????????
• ????????????,???????????
• ????????,???????
• ??????????????

12
MBE???
??(600?)
10-12 torr?????? (UHV,Ultra-High Vacuum)
???
Slow growth rate ??1um/hour
??? ? ?
13
???????(MBE)???

• http//www.ece.utexas.edu/projects/ece/mrc/groups/
  street_mbe/mbechapter.htmlBasic

14
???????(MBE)

• ?????
• Substrate heater
• ???
• CAR(continual
• azimuthal rotation )

15
???????(MBE)

• Ion gauge
• BEP gauge
• (beam effective
• pressure)
• ???????
• Cryopanels

16
???????(MBE)

• ?????
• Effusion cell
• ?????????
• ???????(flux)
• ???0.5?C,flux
• ??1
• ?????????

,
17
???????(MBE)

• RHEED gun
• reflection high-energy
• electron diffraction gun
• ?????
• ?????
• ?????????
• ???????????

,
18
???????(MBE)

• ?RHEED gun ?????(10keV?0.52degree)
• ????????
• ?Fluorescent Screeng??????????????????

19
???????(MBE)

• RHEED?????????????

20
???????
21
MESFET????? ??

• MESFET??Metal-Semiconductor Field Effect
  Transistor??????????????????,?MESFET???GaAs,????Ga
  As???mobility???5?8?,????????,GaAs?????????Si?????
  ,?????????????????,?????????
• ?????GaAs??mobility??,??????n-channel?MESFET??????
  ???GaAs????????

22
MESFET????? ??

• ????????????
• ?????
• n GaAs?????????n- GaAs??????
• n- GaAs??????

S.I.GaAs
n- GaAs
n GaAs
?????
?
23
MESFET????? ??

• ????Vgs,n-?????????,??????n-????????,??????,???n-?
  ????????,???????
• ??Vgs????,n-??????,??????????????Vt,Vt???,VgsgtVt
  ????????

S
G-
D
24
MESFET????? ??

• ????Vgs,n-?????????,?????????????,???n-????????,??
  ?????
• ??Vgs?????????????????,??Vgs??0.7V???(????????),??
  ???????????

S-
D
G
25
MESFET????? ????

• ?????,Vgs??????Vt??????(??)?
• MESFET?????MOSFET(Depletion-type)??????,?Vgs??????
  ??

S
D
G
n-
n
n
P-type Si
26
MESFET????? ????

• Id0 for VgsltVt
• IdµnCox(W/L)(Vgs - Vt)Vds 0.5(Vds)²
  for VgsVt
  VdsltVgs-Vt
• Id0.5µnCox(W/L)(Vgs - Vt)²
  for VgsVt VdsVgs-Vt

27
MESFET????? ????

• ?ß0.5µnCox(W/L)
• Id0 for VgsltVtIdß2(Vgs - Vt)Vds
  (Vds)²(1?Vds)
  for VgsVt VdsltVgs-VtIdß(Vgs -
  Vt)²(1?Vds)
  for VgsVt VdsVgs-Vt
• Coxeox/tox,eox????????,tox??????,??MESFET?????,??
  ???ß?????
• ??2?3???(1?Vds)????????????????

28
MESFET????? ????

• MESFET????????????MOSFET????
• gm2ß(Vgs - Vt)(1?Vds)ro1/?ß(Vgs - Vt)²

D
G
D
gmVgs
ro
gmVgs
ro
G
1/gm
S
S
p model
T model
29
MESFET????? ????

• ???Vt -1 Vß 0.0001 A/V²? 0.1
  V?¹(Microelectronic Circuits by Sedra/Smith
  table 5.2)
• ?spice??????Vt -2.5 Vß 0.1 A/V²? 0 V?¹

30
MESFET????? ????
Vgs 0V
Vgs -0.5V
Vgs -1V
Vgs -1.5V
Vgs -2V
Vgs -2.5V
31
MESFETs manufacturing (1)
32
MESFETs manufacturing (2)
S.I.GaAs (Semi-insulating GaAs)--??????GaAs,??????
GaAs??????,????Semi-insulating GaAs?
33
MESFETs manufacturing (3)
34
????
????? ?????
????? ?????
????? ?????
DI?
??
??

• ???????????
• ?????????????,?????
• ???????

35
????
????
???
??
??
???
???

• ???????1000rpm 10?,????4000rpm 40?,?????????????

36
??

• ????????????????
• ???????????,?????????,????????????

37
??
Mask
S.I.GaAs
n- GaAs
??
n GaAs
???
?????
??
38
??
????? ?????
DI?
???
DI?

• ????????????(D-35)?????DI??????
• ???????????????DI??,????????

39
??
???
???

• ????????????

40
??

• ???????????????
• ??Mask????????????????????,??????????,????????????
  ???

41
???? ??n
?????
???
DI?

• ???gt ?????? 821?
• ???????nGaAs?400Å,HF???????110130Å/s,???34?(???
  )?

42
???? ??n
?? n

• ???12???????,???????,??????,??????n?,???????????
  ?????n-??,?????n-?,??????????(?????kO???)?

43
???? ??
??
????

• ?????????,???????????????

44
???? Lift-off
???

• ????????,?????????????????????

45
???? Lift-off
????? ?????
????? ?????
????? ?????
DI?
??
??

• ???????????????
• ???????,??????????????

46
??
???
???
???
Source Drain (???????,????????????)
Gate (?????)