8.3. Мощные биполярные транзисторы и транзисторы свч
СВЧ транзисторы — для частот выше 1 ГГц.
Две основных области применения:
1). Прием и усиление гармонических сигналов (несущей частоты).
2). Генерация мощных гармонических колебаний.
Мощные транзисторы могут использоваться и на низкой частоте (например, в системах силовой электроники).
Конструктивное оформление СВЧ и мощных НЧ транзисторов различны, т.к. для передачи СВЧ сигналов используются специальные согласованные тракты (волноводы). Однако структура СВЧ и мощных НЧ транзисторов в ИМС имеет много общего:
а) генераторные СВЧ транзисторы должны генерировать возможно большую мощность;
б) усилительные СВЧ транзисторы работают на низкоомную нагрузку (волновые сопротивления СВЧ трактов ~ 50 Ом) и для обеспечения усиления должны поставлять в нагрузку большие токи (т.е. быть мощными).
Главные требования:
|
Требование |
Цель |
|
1.
Низкое сопротивление базы
|
а)
улучшение частотных свойств ( б) нейтрализация эффекта оттеснения эмиттерного тока; в) снижение шума |
|
2.
Низкое сопротивление тела коллектора
|
а)
улучшение частотных свойств ( б) повышение к.п.д.; в) снижение шума |
|
3.
Малая толщина базы
|
улучшение
частотных свойств ( |
|
4. Хороший теплоотвод |
снижение температуры перегрева |
);
);
)
Полосковаяконструкция: Встречно-штырьевая
Многоэмиттерная
Критические размеры: wB и bE.
Цель
— увеличение отношения
(периметра эмиттера к его площади).
мкм;
мкм.
Планарная конструктция
СВЧ
транзистор помещается в специальный
корпус, предназначенный для монтажа на
микрополосковые линии с волновым
сопротивлением 50 Ом.
Балочные вывода (толщиной ~ 10 мкм) формируются осаждением металла и служат держателями кристалла в корпусе.
На СВЧ используется система S-параметров (измеряются мощности падающей и отраженной волн в 50- трактах входного и выходного сигналов.
9. Модель Гумеля-Пуна
9.1. Метод Гуммеля-Пуна
Транзисторный эффект состоит в переносе носителей, инжектированых через один из р-ппереходов (Э-Б или К-Б), через базу до противоположногор-пперехода (К-Б или Э-Б).
В
модели Эберса Моллаэтот эффект представлен отличными от
нулякоэффициентами передачи
тока(
),
которые являютсяфеноменологическими
параметрами модели.
В
модели Гуммеля-Пуна
транзисторный эффект представленгенератором сквозного тока
неосновных носителей через базу,
зависящим от напряжений на обоихр-ппереходах. Дляп-р-птранзистора
сквозной ток
выражается функцией
,
где
—полный
заряд основных носителей
(дырок) в активной области базы (область
I
на рисунке).
Функция
учитывает ряд эффектов, которые не могут
быть учтены в модели Эберса –Мола.
Метод Гуммеля-Пуна состоит в решении уравнения непрерывности потока электронов через активную базу при следующих допущениях:
1) рекомбинация в базе незначительна, и в стационарном состоянии электронный ток в базе не зависит от координаты х;
2) коэффициент диффузии электронов в базе Dn не зависит от координатых;
3)
дырочный ток в активной базе мал:
.
Эти допущения в реальных транзисторах выполнены с высокой точностью.
При допущении 1 сквозной ток
(9.1.1)
не зависит от х(знак «-» — положительное направление токаInпротивоположно осих).
Напряженность
электрического поля найдем из условия
(допущение 3):
;
.
(9.1.2)
Подстановка (9.1.2) в (9.1.1) дает:
.
Умножив это уравнение на eSE, получим:
.
Это уравнение проинтегрируем по всей базе (от х = х1дох = х2; согласно принятым допущениямInиDn не зависят отх:
.
В левой части в скобках
— полный заряд дырок в базе
.
В правой части:
;
(9.1.3а)
(9.1.3б)
(граничные условия). Таким образом:
.
.
Это соотношение можно представить в виде:
,
(9.1.4)
где 
(9.1.5а)
(9.1.5б)
, или
— (9.1.6)
равновесный
заряд дырок в базе (при
),
,
или
—электронный тепловой ток
эмиттерного перехода,
—число Гуммеля в базе(как в идеальной модели).
Заряд
должен быть определен в виде функции
.
;
