Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
Из трех рассмотренных полупроводниковых материалов п-р-п транзисторы на
арсениде галлня могут Обладать наивыошей частотой отсечки, германиевые
транзисторы имеют некоторые преимущества над кремниевыми. На практике,
однако, на кремниевых транзисторах ''благодаря более .развитой технологии
приборов и самого материала -получаются -сравнимые или даже более высокие
.параметры. При разработке транзисторов из арсенида -галлия сталкиваются
со многими технологическими проблемами, такими, как недостатки -исходного
материала '(эпитаксиальная .подложка содержит большую плотность дефектов
и -центров захвата), трудно контролируемый профиль примесей, трудности в
'маскировке изолирующим покрытием, тер-моконверсия -(т. е. переход р-типа
проводимости в и-тип ¦при высокотемпературной обработке), вредное влияние
атом-ов .меди [Л. 29а]. (Вдобавок транзисторы иа арсениде галлия страдают
фундаментальными физическими ограничениями, такими, как низкая
подвижность дырок, низкая теплопроводность и низкое время жизни
неосновных носителей (как результат свойств запрещенной зоны). Тем "е
менее -следует сказать, что если технологические проблемы арсенида галлия
будут все-таки решены, появится возможность использовать многие его
интересные свойства, с тем чтобы расширить диапазон необходимых свойств и
характеристик" приборов, полу- се
ченных при использовании кремния -и германия:
а) повысить частоты благодаря высоким р,п
и Vsi;
б) повысить мощность благодаря высокому критическому полю и широкой
запрещенной зоне;
в) обеспечить возможность работы при
криогенных температурах благодаря очень небольшой энергии ионизации
примесей (см. рис. 12, гл. 2).
3. Высокочастотные характеристики. Для определения свойств
высокочастотных транзисторов предложены различные приближения.
Наиболее общим при-
ближением является комбинированный анализ методами параметров и
четырехполюсника. Мы будем пользоваться
упрощенной эквивалентной схемой, -показанной "а рис. 19 и характеризуемой
следующими гибридными 'параметрами: сопротивление эмиттера ге, 'базовое -
сопротивление гь, емкость истощенного слоя эмиттера Се, емкость
истощенного слоя коллектора Сс м ма-лосиг-нальньш коэффициент усиления
тока Мы 'будем рассматривать геометрию с полосковой базой ](рис. II2,6) с
шириной емиттерной полоски 5, ее длиной L и расстоянием S между краями
базовой и эмиттерной полосок. 'Коллекторная емкость может быть -
приблизительно выражена как Cc=CoSL, -где Со-коллекторная емкость иа
единицу площади. Сопротивление базы для этой геометрии приблизительно
равно rb=rBS[iL, причем Го-рв/U7, где рв-усредненное сопротивление
базового слоя.
Малосигнальный коэффициент усиления в схеме с общей базой а определяется
как
a = h
fb
dlr
~дГ"
(44)
(Подобным же образом запишем и коэффициент усиления в схеме с общим
эмиттером р:
I = hi,
dir
д/r
(45)
Из уравнений (21), (22), (44), (45) получаем:
да0
а = "о + I
1 - Ро + I
в д/Е
в дI
в
1 -- а'
(46)
'При низком уровне тока а0 и 'Ро -возрастают с током (см. рис. 7). Что
касается а н р, то они с током -растут быстрее, чем ао и ро- 'При большом
токе, на-против, действительно обратное положение. Теперь мы определим
иесколвко факторов качества, характеризующих высокочастотные транзисторы.
А. Коэффициент усиления по мощности. Отношение -мощности в нагрузочном
импедансе ZL к входной мощности четырехполюсника. Если описывать
четырехполюсник в гибридных параметрах:
Г иг 1 _ Г^и /j 1 .
I /2 J U, ?7, J'
21 -22 Re (%i) |A2i
Re [(ft"+A*-ZL)(l +WL)4
(47)
(48)
где Re - реальная часть; Ah=(hnhz2-Й12Й21); ZL - импеданс нагрузки
(звездочка обозначает комплексную часть).
Б. Коэффициент устойчивости. Величина коэффициента устойчивости К,
который указывает,- может ли транзистор генерировать при комбинации
данных величин пассивной нагрузки и полной проводимости источника три
отсутствии внешней обратной связи. Фактор К дается в виде
", Р Re (Ац) Re (А22) Re (й12й21)]
к= га (49>
¦Если /(>ll, прибор абсолютно стабилен, т. е. в отсутствие внешней
обратной связи массивная нагрузка и импеданс источника не смогут вызвать
генерации. Если К<й, прибор потенциально нестабилен, т. е. при
определенной комбинации пассивной нагрузки и импеданса источника может
возникнуть генерация.
Рнс. 20. Максимально возможный коэффициент усиления MAG и фактор шума NF
в зависимости от частоты для германиевых и кремниевых плоскостных
транзисторов и полевых транзисторов на арсениде галлия.
-------MAG:
--------NF.
0,5 t г 3 4 5 В Мгц
В. Коэффициент максимально возможного усиления. Максимальный
коэффициент усиления по мощности, который может быть реализован для
идеального транзистора без внешней обратной связи. Он определяется как
прямое усиление по мощности транзистора, когда вход и выход одновременно
и сопряженно согласованы. Коэффициент усиления может быть определен
только для абсолютно стабильного транзистора i(/(>ll) и равен:
М=ЫШ. (50)
k + Vk - 1 v '
Из уравнения (50) очевидно, что прн /(>11 знаменатель становится
