1.2.3. Влияние температуры на параметры и характеристики мопт

Эффективная подвижность носителей в области канала с ростом температуры падает из-за усиления различных механизмов рассеяния. В интервале температур от -55 до 125^оС зависимость подвижности от температуры можно представить в виде ~Т^-1, как для дырок, так и для электронов. При температуре выше 125^оС эффективная подвижность меняется более резко, а именно ~Т^-.

В выражении для порогового напряжения

практически все составляющие правой части этого выражения зависят от температуры, а именно [1]:

; (для МОПТ с алюминиевым затвором) и т.д. Измерение порогового напряжения дляn- и р- канальных транзисторов составляет - для концентрации примеси в подложке(рис. 1.9).

Изменение подвижности носителей и порогового напряжения с температурой сказывается на таких параметрах, как ток стока I_c , крутизна характеристики S и сопротивление транзистора в проводном состоянии.

Температурный коэффициент тока стока при небольших токах положителен, тогда как при больших токах он отрицателен. Такая зависимость объясняется тем, что при падении порогового напряжения с ростом температуры при том же напряжении на затворе течет большой ток стока это - превалирующая причина изменения тока при малых его величинах при изменении температуры. При больших значениях тока он начинает падать с ростом температуры из-за уменьшения величины подвижности. Точки изменения диска температурного коэффициента различны для различных приборов.

Крутизна характеристики S с ростом температуры уменьшается с температурным коэффициентом -0,2% на градус Цельсия (рис. 1.10). Из-за уменьшения удельной крутизны К , которая, в свою очередь уменьшается вследствие падения подвижности

Также из-за уменьшения подвижности растет сопротивление транзистора в проводящем состоянии с температурным коэффициентом примерно +0,7% на градусе Цельсия.

Рис. 1.9 - Пороговое напряжение МОПТ с каналами n- иp- типов с

концентрацией в подложке (кривая 1) и(кривая 2) [ 2 ]

Рис. 1.10 - Зависимость крутизны характеристики то тока стока I_cпри различных

температурах и [ 2 ]

1.3. Мощные свч мопт

1.3.1. Эквивалентные схемы мощного свч мопт в режиме малого и большого сигналов

В последние годы в различных радиоэлектронных СВЧ-устройствах наряду с мощными биполярными транзисторами начали широко использоваться и мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (МОП-транзисторы). Разработанные СВЧ МОП-транзисторы отдают в нагрузку в непрерывном режиме мощность P₁ = 250...300 Вт на частоте 400...500 МГц и 100...150 Вт на частоте 1 ГГц и разрабатываются МОП-транзисторы с рабочими частотами до 2...3 ГГц и выходной мощностью в несколько десятков ватт, в том числе широкополосные с полосой частот в несколько октав. Реальность повышения значений Р₁ для СВЧ МОП-транзисторов обусловлена прежде всего возможностью значительного увеличения площади структуры, так как отрицательный температурный коэффициент тока стока, присущий полевым транзисторам, препятствует возникновению тепловой нестабильности и вторичного пробоя, в результате оказывается возможным параллельное соединение дискретных ячеек и кристаллов без использования стабилизирующих резисторов.

Мощным ВЧ и СВЧ МОП-транзисторам присущи и другие достоинства: высокое входное сопротивление в широкой полосе частот, отсутствие накопления и рассасывания избыточных зарядов неосновных носителей, линейность передаточной характеристики в достаточно большом диапазоне рабочих токов, меньший, чем у биполярных транзисторов, уровень шумовых излучений.

Рисунок 1.14 - Мощный СВЧ МОП-транзистор

а- малосигнальная эквивалентная схема;б– конструкция

На рисунке 1.14, а показана обобщенная эквивалентная схема, наиболее полно учитывающая специфические особенности современных конструкций мощных СВЧ МОП-транзисторов при работе в режиме малого сигнала в пологой области выходных вольт-амперных характеристик. В ней мощный МОП-транзистор представлен элементами с сосредоточенными параметрами. На рисунке 1.14, б на примере одной из конструкций мощных МОП-транзисторов показано происхождение элементов схемы замещения и их местоположение в структуре прибора.

Штриховой линией на рисунке 1.14, а выделены внутренние элементы структуры. Цепь моделирует распределенное сопротивление индуцированного канала и распределенную емкость затвор канал, а резистор– объемное сопротивление высокоомнойn^--области стока. Емкости затвор – исток, затвор – сток и стокового p-n^—-перехода на эквивалентной схеме представлены элементами С_зи, С_зс, С_с. Источник тока _K1 характеризует управляющее действие затвора на ток стока (– комплексная крутизна;_K1 – амплитуда управляющего напряжения на емкости затвор – канал С_k). Резистор отражает влияние стокового напряжения на ток стока. К внешним элементам структуры относятся распределенные сопротивления электродов затвора и истока, представленные на эквивалентной схеме резисторамиR_з и R_и, паразитные межэлементные емкости корпуса С_зk, С_зсk, С_сk и паразитные индуктивности электродов затвора, истока и стока (включая индуктивности внутренних соединительных проволочек и внешних выводов корпуса) L_з, L_и, L_c.

Параметры эквивалентной схемы могут быть рассчитаны теоретически или определены экспериментально на основе измерений низкочастотных и высокочастотных параметров МОП-транзистора: крутизны, входной С₁₁, проходной С₁₂ и выходной С₂₂ емкостей, емкости затвор – исток С_зио, выходной проводимости g₂₂, сопротивления сток – исток в открытом состоянии (R_{си отк}), а также y- или z-параметров.