Шпоры / Шпоры(insomnia&co_edition) / 29+30+32+

32.Вольт-фарадная характеристика МДП транзистора.

Свойства структуры МДП как электрического двухполюсника подобны свойствам конденсатора.С этой т з представляет интерес анализ вольт-фарадных характеристик структуры МДП,представляющей собой зависимость дифференциальной ёмкости от напряжения Сs(U)=dQs\dU,где Сs=C\S;S-площадь металлического затвора:Qs=Qsм=-(Qsn+Qsn’);Qsм,Qsn и Qsn’-поверхностные плотности зарядов на затворе, ионов примеси в ОПЗ и электронов в инверсном слое соответственно.

Рис.1.6. Эквивалентная схема структуры МДП.

Rn-сопротивление подложки:Cg=SCsg-ёмкость диэлектрика, Cn=SCsn-ёмкость полупроводника, Csg и Csn-соответствующие удельные ёмкости,причём Csg=_n_o\d

Значение Сsg –определяется толщиной обедненного или обогащённого приповерхностного слоя в полупроводнике.В режиме обогащения( U>0) толщина приповерхностного слоя близка к дебаевской длине экранирования и Csn~_~_n_o\L_Dn

Для точного определения зависимости С sn(U) необходимо найти распределения p(x) и n(x) путём решения уравнения Пуассона совместно с уравнениями:

n=n_i exp [(Fn-Fi)]; p=n_i exp [(Fn-Fi)].При s=0 соответсвует напряжение U_F,называемое напряжением плоских зон.В идеальной структуре МДП U_F=0.В режиме сильной инверсии l>>L_Dn и Сsn~_~_n_o\l(U).

Полное значение ёмкости с труктуры МДП соответствует последовательному соединению ёмкостей Cg и Сn Cs=CcgCsn(U)\[Csg+Csn(U).

Вольт-фарадная характеристика идеальной струкуры МДП.,измеренная на достаточно низких частотах .При больших отрицательных напряжениях толщина обогащённого слоя мала и Csn>>Csg поэтому Cs(U)=Csg.При N_n=P₀~^~10¹⁵ см ^–3 L_Dn составляет около 0,1 мкм и сравнимо с толщиной диэлектрика.Поэтому полная удельная ёмкость плоских зон составляет CsF=Cg_o_g\(d+L_D_g \_n)<Csg

При 0<U<U*пор толщина ОПЗ возрастает с ростом напряжения ,что приводит к снижению ёмкости Сsn и, соответсвенно, Cs.

При U=Uпор ёмкость Сsn достигает минимального значения Сsn ,пор,соответствующего толщине ОПЗ I=lпор>>LDn.С учётом l пор*(Uпор*)=(2_o_n2п\eNn)^1\2 получим

Сsn пор=(ENn_n_o\4п) ^1\2

При U>Uпор* изменение напряжения dU приводит только к изменению заряда dQsn в ОПЗ остаётся постоянным.Поэтому ёмкость полупроводника Сsn определяется малой толщиной слоя сильной инверсии

30. Применение транзисторов для усиления колебаний СВЧ весьма желательно, так как по сравнению с другими полупроводнико­выми и электровакуумными усилительными приборами они имеют меньший уро­вень собственных шумов, более высокий КПД и низкое напряжение пи­тания. Однако изготовление таких транзисторов представляет собой значительные технологические трудности. В настоящее время разработаны как маломощные, так и мощные биполярные транзисторы из германия, кремния и арсенида галлия для частот в единицы и даже десятки гигагерц. Наилучшие результаты дает из­готовление подобных транзисторов по планарной технологии. В частности, так изготовляются кремниевые СВЧ-транзисторы типа п — р — п. Мощные СВЧ-тран-зисторы могут работать при мощности в импульсе до 100 Вт на частоте до 1 ГГц и до 5 —10 Вт на частотах 4 — 5 ГГц и выше.

Транзисторы малой мощности имеют очень малые размеры. Например, на кремниевой пластинке диаметром 40 мм формируется 8000 транзисторов раз­мером 0,4 х 0,4 мм. Подобные транзисторы делаются обычно бескорпусными, и их часто применяют в микросхемах.

Для уменьшения сопротивления базы и вредного эффекта вытеснения тока к краям эмиттера в биполярных транзисторах для СВЧ обычно создают электроды особой конфигурации, при которой эмиттерная область состоит из ряда полосок малой ширины. Такая геометрия электродов особенно необходима для мощ­ных транзисторов, так как при больших токах эффект вытеснения тока особенно сильно выражен. Существует несколько вариантов этих

транзисторов. Чаще всего встречается гребенчатая конструкция, в которой эмиттерная область имеет форму гребенки, а контакты эмиттера и базы чередуются друг с другом . Другим вариантом является многоэмиттерная конструкция, в кото­рой используется ряд отдельных эмиттеров в виде полосок (они могут иметь также форму квадратов или кругов). Все эти эмиттеры соединены параллельно металлическим контактным слоем, нанесенным поверх слоя защитной оксидной пленки. Для маломощного транзистора не требуется большая площадь переходов, и он может быть сделан по тому же принципу, но с малым числом полосок (рис. 6-22), длина которых составляет всего лишь 20 — 30 мкм, а ширина — еди­ницы микрометров.

Важное значение для работы транзистора на СВЧ имеет конструкция корпуса и выводов, обеспечивающая минимальное влияние паразитных емкостей и индуктив-ностей. Применяются, в частности, корпуса с полосковыми, а для более высоких частот - с коаксиальными выводами.

Т ранзисторы оформляют в герметичных корпусах различной конструкции (

м еталлостеклянные, металлокерамические и пластмассовые). Некоторые мало­мощные транзисторы делают бескорпусными и герметизируют защитными сло­ями лака и эпоксидной смолы. У транзисторов повышенной мощности с кор­пусом, как правило, соединяется коллектор, а сам корпус привинчивается к шасси аппаратуры, что улучшает теплоотвод.

1 — вывод базы; 2 — вывод эмиттера; 3 - оксидная пленка вопрос 30 б

29. Эквивалентная схема биполярного транзистора

Наряду с реализацией входных и выходных параметров биполярного транзистора в аналитической форме существует и другая форма представления этой взаимосвязи в виде эквивалентных схем, когда реальные процессы в нелинейных устройствах можно заменить на набор активных (источники тока и напряжения) и пассивных (резисторы, емкости) элементов, адекватно описывающих взаимосвязь входных и выходных па-раметров. На основе рассмотренных характеристик представим эквивалентную схему транзистора при включении по схеме с общей базой в следующем виде. Основные пассивные элементы (со-противления r_э, r_к, r_б , емкости коллекторного С_Б и эмиттерного С_Д переходов), активные элементы (генератор тока αI_э в коллекторной цепи, источник ЭДС μ_экU_к в эмиттерной цепи, отражающей обратную связь между эмиттером и коллектором) изображены на эквивалентной схеме рис. 4.16.

Рис. 4.16. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общей базой

Приведенная эквивалентная схема справедлива для рассмотрения статических характеристик биполярного транзистора, а также для рассмотрения этих характеристик в области низких частот. Эта схема называется Т-образной эквивалентной схемой, отражает основные физические процессы, происходящие в транзисторе и удобна для их анализа.

Основные параметры эквивалентной схемы транзистора выражаются через конструктивно-технологическиепараметры следующим образом

Величины коэффициентов α, r_э, r_к, μ_эк для биполярного транзистора лежат в

пределах: α = (0,95÷0,995), r_э = (1÷10) Ом, r_к = (10÷106) Ом, μ_эк = 10^-3÷10^-4.

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером эквивалентная схема выглядит аналогично.

Рис. 4.17. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Основные параметры эквивалентной схемы имеют тот же вид, что и в схеме с общей базой, кроме С^*_к и r^*_к, равных С^*_к = С_к (β + 1), r^*_к = r_к (β + 1).

(Сsn<<Csg)и полная ёмкость структуры приближается к ёмкости диэлектрика.

Нарастание ёмкости при U>U*пор вохможно только в том случае,когда концентрация электронов в инверсионном слое успевает следовать за изменениями приложенного к структуре малого переменного напряжения dU,с помощью которого осуществляется измерение ё мкости.Для этого перииод измерительного сигнала должен быть много большим,чем время генерации и рекомбинации основных носителей (время жизни 

Т.о., вольт-фарадная характеристика изображённая на рисунке реализуется при её измерении на частотах f<<1\, в обратном случае мы получим высокочастотную вольт-фарадную характеристику.При U>U*пор под действием измерительного сигнала происходит изменение заряда акцепторов вследствие изменения на велечину dl ширины ОПЗ(как в p-n переходе).При этом заряд инверсного слоя не успевает измениться за период сигнала и ёмкость полупроводника определяется соотношением

Сsn пор=(ENn_n_o\4п) ^1\2