Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
&>v) электроны ускоряются до более высокого значения скорости, чем
стационарная скорость насыщения vs. На рис. 18, в показано, что ожидаемое
максимальное значение электронной скорости более чем в два раза превышает
пиковую скорость; затем на длине - 1 мкм она релаксирует и достигает
стационарной скорости насыщения. Такое превышение скорости уменьшает
время пролета электронов через область высокого поля, что улучшает
характеристики прибора, а также приводит к сдвигу области аккумуляции в
зазор между затвором и стоком.
На рис. 19 приведены вольт-амперные характеристики кремниевых полевых МП-
транзисторов и из GaAs, полученные двумерным численным расчетом (сплошные
линии) [22]. Здесь же приведены характеристики, рассчитанные с помощью
приближенных теоретических моделей (штриховые линии). Для кремниевых
приборов использовалась модель, учитывающая полевую зависимость
подвижности, а для приборов из GaAs - модель двух областей. Следует
отметить очень хорошее соответствие характеристик в линейной области. В
области насыщения это соответствие хуже (однако и здесь разность не
превышает 15 %). Отметим, кроме того, что предсказываемые двумерным
расчетом провалы на характеристиках GaAs-приборов никогда не наблюдались
экспериментально.
Полевые транзисторы
355
6.4. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
6.4.1. Малосигнальная эквивалентная схема
Канальные полевые - транзисторы (в особенности на GaAs) широко
применяются в высокочастотных схемах в качестве мало-шумящих усилителей,
высокоэффективных генераторов и быстродействующих логических элементов.
Мы сначала рассмотрим малосигнальную эквивалентную схему полевого
транзистора с р-я-пе-реходом или МП-транзистора (рис. 20, а) (режим
насыщения, схема
Рис. 20. Эквивалентная электрическая схема МП-транзистора (а) и
физические элементы структуры, соответствующие элемента^ эквивалентной
электрической схемы (б) [8]. *
356
Глава 6
включения с общим истоком) [8]. На рис. 20, б показано, каким физическим
элементам полевого транзистора соответствуют элементы этой эквивалентной
электрической схемы. Среди них следует выделить собственно транзисторные
элементы (такие, как (Ст + + CGS) - полная емкость перехода затвор--
канал, входное сопротивление Rh выходное сопротивление канала RDS) и
внешние (паразитные) элементы (такие, как омические сопротивления стока и
истока Rs и RD и емкость подложки).
Ток обратносмещенного перехода затвор-канал определяется выражением
IG = Is[exp(qVG/nkT) - 1], (56)
где п -¦ фактор неидеальности (1 < n <2), a Is - ток насыщения. Отсюда
для входного сопротивления получим
Rt = (dla/dVa)-1 = nkTlq (IG + Is). (57)
Согласно этой формуле, при IG -> 0 и Is = 10~10 А входное сопротивление
при комнатной температуре составляет ~250 МОм.
Последовательные сопротивления стока и истока не модулируются напряжением
затвора и поэтому обусловливают дополнительное омическое падение
напряжения между затвором и контактами стока и истока. Это приводит к
соответствующему уменьшению выходной проводимости и крутизны прибора. С
учетом последовательных сопротивлений Rs и RD напряжения VD и Vq в
формуле (11а) следует заменить на [VD -¦ ID (Rs + RD] и (Vq - IdRs)> В
линейном режиме транзистора сопротивления Rs, Rd и l/gno включены
последовательно, поэтому выходная проводимость при* бора равна ^0/[1 4-
(Rs -f Rd) 8do^ Такой же результат полу" чается и для крутизны
транзистора в линейной области. В режиме насыщения на крутизну влияет
только последовательное сопротив* ление истока gml(\ 4- R$gm)> а
последовательное сопротивление стока приводит лишь к некоторому
увеличению напряжения начала насыщения VD&&i<
Высокочастотные характеристики канальных транзисторов зависят от двух
основных факторов: времени пролета и характерного времени зарядки затвора
RC. Временем пролета называют конечный временной интервал т, который
требуется носителям для преодоления расстояния от истока до стока. В
приближении постоянной подвижности
т = (58)
v&x \Wd к '
а при высоких полях в приближении скорости насыщения
т = L/vs. (59)
Так, например, в полевом транзисторе из GaAs с длиной затвора | мкм время
пролета составляет ~10 пс (10-11 с). Обычно время
Полевые транзисторы
357
пролета невелико по сравнению с временной постоянной RC, определяемой
входной емкостью затвора и крутизной транзистора.
В соответствии с эквивалентной схемой (рис. 20, а) граничная частота fT
определяется как частота, при которой ток через CGs равен току генератора
gmVc•
Максимальная частота колебаний определяется выражением
- отношение входного и выходного сопротивлений, а постоянная
С ростом частоты он уменьшается со скоростью 6 дБ/октава. При / - /манс
коэффициент усиления мощности становится равным 1. Для повышения /мако
следует увеличивать fT и оптимизировать отношение собственно
транзисторных сопротивлений Ri/Rds* а также уменьшать внешние
сопротивления RQ% R$ и емкость обратной связи Cdq'
6,4,2, Ограничения по мощности н частоте
