Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
а для случая, когда скорость постоянна .(случай сильного электрического
поля),
Здесь vsi - скорость, ограниченная механизмом рассеяния. Обычно время
пролета меньше, чем постоянная времени ^С-цепи, -образованной входной
емкостью и распределенным сопротивлением канала.
Изображение р-канального полевого транзистора для схемы с общим истоком
приведено на рис. 26,с. Для п-каналыюго транзистора стрелка должна быть
направлена в противоположную сторону. На рис. 26,6 показана
соответствующая эквивалентная схема. Здесь Cin и gim - входная емкость и
входная активная проводимость; gGо--емкостная проводимость обратной
связи; gmUG - эквивалентный генератор тока. В нормальных рабочих условиях
наиболее важными параметрами являются входная емкость и крутизна.
Максимальная рабочая частота может быть определена как частота, при
которой ток, протекающий через входную емкость, равен гоку эквивалентного
генератора - gmUo:
(61)
qN д^а2
Для получения высоких рабочих частот следует уменьшать длл-ьу канала L.
Из уравнения i(>63) следует также, что и-канальный кремниевый тюлевой
транзистор имеет более высокие рабочие частоты, чем р-канальный, имеющий
ту же геометрию. Это следует из того, что подвижность электронов в
кремнии - выше, чем дырок.
9еь
б)
Рис. 26. Канальный транзистор.
а - схема с общим истоком: б - эквивалентная схема канального
транзистора.
Б. Шумы '[Л. 23-27]. В канальном транзисторе имеются три источника шумов:
дробовой шум тока утечки затвора, тепловой шум, генерируемый в проводящем
канале, и шумы генерационно-рекомбинационного типа, возникающие благодаря
поверхностным эффектам. Дробовый шум тока утечки равен:
4 = VgB. (64)
где В - ширина полосы пропускания и Ig - ток затвора, определенный из
уравнения (59). Так как ток затвора при обратных смещениях очень мал
(около 10~10 а), то вклад в общий шум этой составляющей также очень мал.
Тепловой шум может быть отражен эквивалентным источником шумового
напряжения
ufh = 4kT(gm)~'B, (65)
где gm-'Крутизна. Шум рекомбинационного типа обусловливает дополнительный
источник шумов, характеризуемый эквивалентным шумовым напряжением,
имеющим частотную зависимость типа 1 If,
т.е Uthfdf, где fc - частота, с которой начинается подъем шумов
в низкочастотном диапазоне. Ясно, что для высоких частот доминирующим
является, тепловой шум, который может 'быть существенно уменьшен
увеличением крутизны.
¦5. Ограничители тока, (стабилизаторы тока). ОВ атом разделе мы
рассмотрим два класса диодов, которые являются двухполюсными приборами,
работающими на эффекте поля. Это полевые диоды и диоды, работающие на
принципе ограничения скорости.
Принцип работы полевого диода (FED) [Л. 28, 29] такой же, как у полевого
канального транзистора, у которого затвор соединен накоротко с истоком.
На рис. 27 приведена вольт-амперная характеристика полевого диода,
совпадающая с характеристикой полевого транзистора, приведенной на рис.
23, для Uo- 0. Рассмотрим четыре важнейших параметра, определяющих работу
ограничителя тока: стабилизируемый ток /г, напряжение насыщения USat,
наклон
характеристики gi в режиме ограничения и напряжение пробоя Ub-Все эти
четыре параметра уже были рассмотрены при анализе канального транзистора.
Металлический контакт,
Контакт л+' Контакт п' о^мкм Д шрфузионный слой п-типа
Се, р-тип, 1 om/cal
Рис. 27. Основная характеристика ограничителя тока. /г - ограничиваемый
ток; Usat - напряжение насыщения; gг - проводимость в области тока; UB -
напряжение пробоя.
Рис. 28. Структура ограничителя тока (диод, работающий на принципе
ограничения скорости) [Л. 30].
Для снижения напряжения насыщения можно создать структуру с малой
толщиной канала а и низким уровнем концентрации примеси в канале, как это
следует из уравнения '(526). Для снижения тока стабилизации можно снизить
Na и а или увеличить длину канала L, как это следует из уравнения (52а).
Для того чтобы уменьшить-^, необходимо увеличить L, а для того чтобы
увеличить UB, нужно использовать низкий уровень концентрации примеси в
канале.
Для диодов, работающих на принципе ограничения скорости ?Л. 30],
характеристика стабилизации тока возникает из-за эффекта насыщения
скорости дрейфа носителей заряда -в сильном электрическом поле. На рис.
28 приведена примерная структура прибора, использующего германиевую
подложку. Областью с высокой напряженностью электрического поля является
тонкий диффузионный слой п-типа глубиной около 0,5 мкм и длиной около 3
мкм. Для германия насыщение скорости движения носителей в нем происходит
при относительно низкой напряженности поля :(около 4 кв/см) в отличче от
кремния, где насыщение скорости происходит при 30 кв/см.
Обсудим теперь параметры, приведенные на рис. 27. Ток, при котором
наступает ограничение '(ток стабилизации), равен:
h=qN nVsiA + 7s, (66)
где vsi-'скорость движения носителей, ограниченная механизмом рассеяния;
А-площадь; Is--ток насыщения обратносмешенного р-перехода. Ток Is
