3.1. Сравним максимальную возможную толщину базы Биполярного транзистора и длину затвора полевого транзистора при работе на частоте . Оценим угол пролета в обоих случаях.

Дано:

Найдем:

Решение:

Полевой транзистор: , где – длина затвора, – время дрейфа под затвором.

Тогда:

Биполярный транзистор:

где – коэффициент диффузии, время диффузии носителей через базу биполярного транзистора. Материал транзистора GaAs, тогда:

Таким образом, длина затвора полевого транзистора больше, чем толщина базы биполярного при работе на заданной частоте.

Коллекторный переход БТ обеднен носителями и обладает диэлектрическими свойствами. Поэтому к нему можно применить понятие наведенного тока. [9]

– время полета носителей в коллекторном переходе.

– характеристическая частота.

В рабочей области частот справедливы условия:

, тогда

Для полевого транзистора:

Ответ:

3.2. Сравним преимущества и недостатки использования в микроволновом диапазоне HEMT-приборов и транзисторов с баллистическим транспортом. Определим какова должна быть толщина высоколегированной области HEMT c , если контактная разность потенциалов равна

Определим толщину высоколегированной области HEMT.

Дано:

Найти:

Решение:

Ответ:

Рассмотрим преимущества и недостатки использования в микроволновом диапазоне HEMT-приборов и транзисторов с баллистическим транспортом.

В HEMT-транзисторах используется свойства гетероперехода (переход между двумя разными п/п с разной шириной запрещенной зоны), образованного тонкими монокристаллическими слоями 2-ух полупроводниковых материалов с близкой кристаллической структурой, но разной шириной запрещенной зоны. На рисунке 19 представлена область 3 с минимальной энергией электронов. В эту область “скатятся” свободные электроны ионизированных атомов примеси из п/п с более широкой шириной запрещенной зоны. В результате произойдет разделение электронов и атомов примеси. Электроны в области 3 (двумерный электронный газ) способны быстро перемещаться без столкновений с примесями. На рисунке 20 пример такой конструкции.

Рисунок 19 – «Равновесная энергетическая диаграмма гетероперехода p^–GaAs – n Al_xGa_1-xAs»

Рисунок 20 – «Пример конструкции HEMT транзисторов»

Высокая подвижность электронов и малая наблюдается практически во всем диапазоне , так как достигается насыщения скорости электронов в канале и наблюдается линейная зависимость . Важным достоинством являются меньшая плотность поверхностных состояний на границе меду Al_xGa_1-xAs и диэлектриком, и большая высота барьера Шоттки (φ ≈ 1 В).

Уменьшается отрицательный поверхностный заряд и толщина обедненных областей в промежутках И – З и З – С из-за меньшей плотности поверхностных состояний. Таким образом, это позволяет получить меньшие паразитные сопротивления обедненных областей без самосовмещения. Вследствие большей высоты барьера Шоттки, для ГМеП транзисторов возможно большее (до 0,8В) прямое напряжение U_зи, рабочие напряжения на затворах которых могут изменяться лишь в узком диапазоне, ограниченном сверху напряжением управляющего перехода Ме – п/п.

Как итог, преимуществами будет: быстродействие прибора; малый уровень шумов; высокая переходная проводимость. Такой параметр (важный для ИМС), как произведение мощности на быстродействие ( оказывается недостаточно большим. Получается «выигрыш или по мощности, или по быстродействию».

Транзистор с баллистическим транспортом отличен тем, что длина свободного пробега носителей намного больше размера канала транзистора. По сути, носители заряда движутся без рассеяний. [10]

Рассмотрим процесс резкого роста скорости носителя заряда во время действия импульса. Данный процесс обусловлен именно малым временем воздействия поля - отсутствием за это время существенного влияния рассеяния.

Как только нужное значение скорости будет достигнуто, необходимо выключить электрическое поле, чтобы не дать энергии увеличиться до энергии междолинных переходов. После выключения электрического поля электроны будут продолжать двигаться в направлении поля по инерции или, как принято говорить, движение будет носить баллистический характер. Таким образом, носители заряда преодолевают большие расстояния за короткое время по сравнению со стационарным случаем.

Таким образом, могут быть достигнуты большие значения коэффициента усиления (до ) за счет того, что рекомбинации электронов в базе незначительны, рассеяний нет.

Благодаря высокой скорости инжектируемых электронов время пролета базы в баллистических транзисторах на горячих электронах (с большей кинетической энергией) составляет доли пикосекунд, что говорит о высоком быстродействии приборов). Несомненным плюсом является отсутствие дробового шума при низкой температуре.

Для моделирования транспорта электронов в активной области транзисторов необходимо учитывать, как диффузионную, так и дрейфовую компоненту токов носителей заряда – что заставляет применять специальные громоздкие подходы. Недостатком является работа при определенных температурах, учет кулоновского взаимодействия.