Шпоры / Шпоры(insomnia&co_edition) / 35
.doc35. 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
Uс=Un
Cn
(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