Шпоры / Шпоры(МП-23_edition) / 35

35. Эквивалентная схема МДП-транзистора. СВЧ-характеристики.

Реактивные и паразитные элементы в МДП-транзисторе

Эквивалентная схема идеализированного МДП-транзистора строится на основе следующих допущений:

- Диффузионный ток в канале в направлении оси x отсутсвует

- Подвижность носителей заряда в канале постоянна

- Канал легирован однородно

- Обратные токи утечки p-n переходов пренебрежительно малы

- Поперечное электрическое поле Ex значительно превышает Ey

- Сопротивление n+ областей стока и истока, а также сопротивление омических контактов к этим областям малы

- Поверхностная плотность заряда ионов в ОПЗ под затвором постоянна и равна Qsn пор

- Длинна и ширина канала достаточно велики

Будем считать, что краевые емкости Cкр.зс и Скр.зи =0. Считаем, что из независимости заряда ионов в положке от Uзк следует, что Cкп=Спи=Спс=0 => считаем наш транзистор 3х электродным прибором.

Точная модель имеет распределенный характер:

Емкость канала разбивается на n-равных частей Ci=Cg/(n-1) 1=<i<=n-1 (Cg – емкость диэлектрика).

Cg=CsgLZ

I₁

I_n-1

I₂

I_n

Uи=U₀

U₁

U₂

Uс=U_n

U_n-1

U_n-2

C₀

C₁

C₂

C_n

C_n-2

C_n-1

(рис.1)

Статистическая ВАХ каждого участка моделируется генераторами тока Ii, зависящего от Uзи;

Uзи=Uз-Ui-1 и Uзс=Uз-Ui элементарного i-го транзистора, длинна канала каждого элемента равна Li=L/n

Простейшая модель n=2: - T-образная

С определенной точностью отражает перераспределение емкости Cg между стоком и истоком. Подробный анализ такой модели показывает, что погрешность по сравнению с (рис.1) составляет не более 20% по длительности переходных процессов (статистические характеристики – с одинаковой точностью)

Если разбить в рассмотренной модели емкость затвора на n+1 емкость C0-Cn+1, то при больших n точность модели не измениться.

Простейшая модель n=1: (П-образная)

Преимущества – нет внутренних узлов, один источник I, зависимость которого от Uзи, Uзс – статистическая ВАХ.

Однако, если положить С’зи=C’зс=Cg/2 – модель не будет описывать перераспределение емкости между стоком и истоком, поэтому С’зи и C’зс считают функциями Uзи,Uзс

После расчетов:

где

Высокочастотные характеристики идеализированного транзистора.

Реактивные элементы в эквивалентных схемах приводят к ухудшению усилительных свойств МДП-транзисторов при работе на гармоническом сигнале малой амплитуды. Рассмотрим частотные характеристики на пологой области ВАХ ()

; ;

где - комлексная крутизна ВАХ.

- граничная частота, при которой изменяется в раз по сравнению с низкочастотным

- предельная частота, на которой можно получить усиление в цепи идентичных каскадов; - коэффициент усиления, при , найдем - предельная частота в 2.5 раза меньше граничной.

- время пролета через канал от истока к стоку. (Qn – суммарный заряд)

Для пологой области ВАХ имеем:

Это соотношение показывает быстродействие МДП-транзистора, зависящее от подвижности носителей заряда и от длины затвора, поэтому длин затвора стараются уменьшить. Быстродействие транзистора также возрастает при увеличении напряжения затвор-исток, что связано с энергетическими затратами. Возможности увеличения быстродействия ограничены насыщением дрейфовой скорости носителей в сильных электрических полях. Минимально достижимое время пролета