体效应管工作原理及体效应管的阴极结构

体效应管是利用某些半导体导带的特殊结构，在强电场作用下能产生振荡或放大作用的一种半导体器件。

在这种器件中，当外加电压超过某一阈值时，它的电流随着电压增加反而减小，出现了负阻效应，放大和振荡就是利用其负阻效应产生的。由于这种器件的负阻效应发生在某些n型半导体的整个晶片体内，所以称为“体效应管”。是一种重要的固体微波器件。制造体效应管所用的半导体材料主要是砷化镓。

体效应管的典型类型是单结晶体管，常用型号BT33等。

工作原理

在n型GaAs外延材料两端加电压时，当外加电压使有源区内电场达到3千伏/厘米后，低能谷中的电子便可以从电场中获得足够的能量，跃迁到高能谷中去。由于高能谷中电子的有效质量增大，由此迁移率降低，平均漂移速度减小，电导下降，产生负阻效应，引起微波振荡，震荡频率反比与有源层的厚度。

体效应管的阴极结构

体效应管的阴极结构直接影响有源区内部的电场分布，因而对器件的直流参数、微波参数及转换效率都有很大影响。比较常见的GaAs体效应管多采用欧姆阴极结构。

欧姆阴极体结构的效应二极管，即在有源区外生长一层重掺杂层以降低接触电阻，改善欧姆接触性能。此种阴极结构在阴极附近有一个低于阈值电场的正阻耗能区，称为阴极无源区。电场分布向阳极单调增加。在阴极无源区中的电子还没开始跃迁，需要经过相当一段距离的电场加速后，才能获得足够的能量完成谷间的电子转移，在这段区域内不能参与提供功率输出。由于阴极无源区的存在，降低了器件的转换效率。这种由于阴极无源区的存在导致转换效率降低的现象，在有源区相对较短的器件中，如工作于毫米波频段内的器件中表现的尤为突出。

外延材料选择的关键

1.低背景杂质浓度外延层生长的控制;

2.衬底自杂志效应与n+缓冲层生长的控制;

3.载流子浓度差高达五个数量级的不同外延层连续生长的控制;

4.有源层载流浓度梯度控制。