Задача №3. Транзисторы

1. Сравните максимально возможную толщину базы Биполярного транзистора и длину затвора Полевого транзистора при работе на частоте . Оцените угол пролета в обоих случаях. Свяжите с решением задачи №3 из 1-го задания.

2. Сравните преимущества и недостатки использования в микроволновом диапазоне HEMT-приборов и транзисторов с баллистическим транспортом. Какова должна быть толщина высоколегированной области HEMT c , если контактная разность потенциалов равна . На какое расстояние может сместиться электрон от положения равновесия в этом слое при Т=300К?

3. Обоснуйте тенденции использования в современных транзисторах таких материалов как GaN, InP, SiC, алмаз С, используя понятия: ширина запрещённой зоны, низко-полевая подвижность, максимальная скорость дрейфа, постоянная кристаллической решётки.

4. Нарисуйте (качественно) входные и выходные ВАХ трех ПТБШ с одинаковыми размерами, уровнем легирования, но изготовленными из Si, GaN, GaAs. Обоснуйте зависимости. Как изменится характеристики, если увеличить ширину затвора?

5. Нарисуйте и обоснуйте семейство входных и выходных ВАХ и коэффициента шума на одном графике. Объясните, почему ПТБШ, несмотря на высокую электронную температуру носителей на выходе, относят к малошумящим приборам?

При анализе используйте решение задачи №6 из первого задания.

3.6. Как связаны НЧ шумы с технологией изготовления транзистора?

3.7. Нарисуйте мало-сигнальную эквивалентную схему ПТБШ. Чем такая схема лучше или хуже S-параметров?

Примечание: весовой коэффициент задачи 4балла

3.1 Сравнение толщины базы БТ и длины затвора ПТ. Угол пролета

Дано:

Решение:

В полевом транзисторе носители движутся под действием поля – дрейф, значит область взаимодействия можно найти исходя из скорости дрейфа

(2)

где – время пролета под затвором,

Тогда максимально возможная толщина для данной частоты, будет если период колебаний сопоставим с временем пролета, то есть при угле пролета

В биполярном транзисторе носители заряда в базе движутся за счет диффузии, которая возникает из-за градиента концентраций, поэтому толщину базы необходимо оценивать исходя из диффузионной длины в базе

(3)

где – время диффузии через базу,

– коэффициент диффузии (GaAs) [1]

Тогда для угла пролета в рад.

Максимальная длина затвора ПТ больше, чем максимальная толщина базы БТ для данной частоты, следует отметить, что для данного угла пролета коэффициент взаимодействия равен 0, поэтому реальную длину затвора и ширину базы следует брать меньше, соответственно и угол пролета должен быть выбран меньше.

В задаче №3 задания 1 длина области взаимодействия для п/п определялась как

(4)

Данная формула справедлива только для ПТ, в биполярном транзисторе носители движутся через базу за счет диффузии под действием градиента концентраций. В полевом транзисторе движение идет за счет поля носители имеют скорость дрейфа .

Циклическая частота равна , тогда

Отношение есть время пролета под затвором , получается формула (2) - для полевого транзистора.