2.3. Вах, эквивалентная схема и предельная частота

ВАХ ГПТ аналогичны ВАХ МДПТ со следующими оговорками:

1) Длина канала в ГПТ очень мала, а подвижность электронов велика. Поэтому пороговое поле еще меньше, чем в ПТШ, иГПТ работает в режиме ограничения дрейфовой скорости электронов практически во всем канале.При этом справедливы формулы для МДПТ с коротким каналом:

;,;,

где — время пролета носителей через канал.

2) ГПТ имеет затвор барьерного типа, поэтому при В существует затворный ток (как и в ПТШ), а эквивалентная схема такая же, как для ПТШ.

Эквивалентная схема ГПТ

Соотношение (2.2.6), определяющее зависимость поверхностной плотности заряда электронов в канале, в точности совпадает с аналогичным соотношением для идеализированного МДПТ.Поэтому ВАХ идеализированного ГПТ (нулевые сопротивления стока и истока, постоянная подвижность электронов в канале) в крутой области совпадают по виду с ВАХ идеализированного МДП-транзистора до тех пор, пока ток затвора мал, а электроны в подзатворном слое n⁺-Al_хGa_1-хAs отсутствуют:

,

где .Количественное отличие состоит в значительно большей подвижности электронов и, соответственно, большей крутизне ВАХ.

Ввиду отсутствия проводящей подложки эффекты короткого канала в ГПТ проявляются весьма слабо за исключением эффекта насыщения дрейфовой скорости электронов. Этот эффект, как и в ПТШ, проявляется в большей степени, так как значение порогового поля мало. Количественно эффект насыщения дрейфовой скорости описывается так же, как в МДПТ.

Сопротивление истока значительно снижает крутизну ввиду высокой крутизны "внутреннего" транзистора, поэтому проходные ВАХ ГПТ ближе к линейным, чем к квадратичным (как в МДП-транзисторе).

Барьерный переход затвор-канал имеет диодную характеристику, как в ПТШ. Поэтому при протекании затворного тока ВАХ ГПТ имеет те же особенности, что и ВАХ ПТШ.

Специфической особенностью ГПТ является эффект экранирования ДЭГ в канале электронами, которые появляются в слое n⁺-Al_хGa_1-хAs при повышении напряжения затвор-исток. Этот эффект может проявляться уже при таких напряжениях , при которых ток затвора остается малым. С ростом напряжения уменьшается зазор между энергетическими уровнями и (рис. 2.3).

Когда этот зазор становится достаточно малым, в слое n⁺-Al_хGa_1-хAs создается второй канал, параллельный каналу с ДЭГ, который экранирует канал с ДЭГ от поля затвора. Поскольку подвижность электронов в слое n⁺-Al_хGa_1-хAs значительно меньше, чем в ДЭГ, крутизна ВАХ при этом резко снижается, и ток стока практически насыщается. Можно показать, что максимально достижимая поверхностная плотность электронов ДЭГ, при которой начинается экранирование ДЭГ, составляет

,

где см^-3.

Преимущества перед ПТШ:

1). Более высокое быстродействие (на 30-40%, при 77К — в 2-3 раза).

2). Большая удельная крутизна ВАХ (в 1,5 - 2 раза).

Основные области применения на СВЧ:

Малошумящие усилители, генераторы СВЧ мощности, смесители.

Основные результаты раздела 2

1. В ГПТ на основе GaAs высокая подвижность электронов в канале достигается за счет отделения электронов в канале от ионов примеси. Функцию подзатворного диэлектрика выполняет сильно легированный обедненный барьерный слой n⁺-Al_хGa_1-хAs.

2. По своим свойствам ГПТ на основе GaAs близок к МДП транзистору. Пороговое напряжение определяется так же, как в МДПТ с той разницей, что подзатворный диэлектрик содержит положительный заряд доноров, поверхностный заряд на границе диэлектрик-канал практически отсутствует, а зависимость плотности электронов в канале от положения квазиуровня Ферми линейна.

3. Специфической особенностью ГПТ является эффект экранирования ДЭГ в канале электронами, которые появляются в слое n⁺-Al_хGa_1-хAs при повышении напряжения затвор-исток. Этот эффект ограничивает максимально достижимую поверхностную плотность электронов ДЭГ.