2. Эквивалентные схемы полевых транзисторов.

При работе с переменными сигналами малых амплитуд полевой транзистор, как и биполярный, можно представить в виде линейного активного четырехполюсника. Вследствие высокого входного сопротивления полевых транзисторов наиболее удобной как для измерения, так и для использования является система Y-коэффициентов. Параметры, приведенные выше, позволяют построить эквивалентные схемы для полевых транзисторов. В качестве примера постоим эквивалентную схему для полевого транзистора с управляющим p-n переходом с общим истоком (рис.5.9).

Рис.5.9

Здесь C_11и=C_зи – емкость затвор-исток; C_12и=C_зс – емкость затвор-сток; C_22и=C_си – емкость сток-исток; S-статическая крутизна; C_11и=C_зи – емкость затвор-исток; g_11и-активная проводимость входной цепи. g_11и=Rey₁₁, т.е. вещественная часть входной проводимости y₁₁, которая, в свою очередь, равна

(5.29)

С вещественной входной проводимостью g_11и приходится считаться лишь на высоких частотах, поэтому она изображена пунктирными линиями.

На практике для МДП-транзистора используют упрошенную эквивалентную схему, показанную на рис.5.10, где С_11и=С_зк, С_12и=С_зс, С_22и=С_си Кроме того, считают, что по переменному току между истоком и подложкой существует короткое замыкание.

Рис.5.10.

Глава 6. Элементы интегральных схем.

1. Введение.

Элементами интегральных схем (ИС) называют их неделимые составные части – те, которые нельзя специфицировать и поставлять как отдельные изделия.

Основные особенности элементов ИС:

1) они имеют электрическую связь с общей подложкой, а иногда и друг с другом. Поэтому математические и физические модели (эквивалентные схемы) элементов ИС несколько отличаются от моделей дискретных аналогов;

2) все элементы ИС получаются в едином технологическом процессе. Например, все резисторы пленочной ИС получаются одновременно и, следовательно, характеризуются одинаковой толщиной и одинаковым удельным сопротивлением (разница может быть только в длине и толщине слоя);

3) при изготовлении элементов ИС имеется меньше «степеней свободы», чем при изготовлении их дискретных аналогов. В результате параметры элементов ИС в значительной мере коррелированны (взаимосвязаны) и ограничены, чего нет у дискретных компонентов;

4) появились такие элементы ИС которые не имеют аналогов в дискретной электронике: многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы, транзисторы с барьером Шоттки, и другие. Традиционные компоненты – диоды конденсаторы и т.п. изменились конструктивно, изменился диапазон их параметров. В ИС отсутствуют аналоги таких традиционных компонентов, как индуктивности и тем более трансформаторы.

Главными элементами биполярных п/п ИС являются n-p-n транзисторы. Главными элементами МДП- транзисторных ИС являются n-канальные транзисторы.

2. Интегральные n-p-n транзисторы.

Многоэмиттерный транзистор (МЭТ). В первом приближении МЭТ можно рассматривать как совокупность отдельных транзисторов с соединенными базами и коллекторами (рис.6.1). Количество эмиттеров может быть 5-8 и более.

Рис. 6.1.

Особенности МЭТ как единой структуры:

1) каждая пара смежных транзисторов вместе с разделяющим их p-слоем базы образует горизонтальный транзистор n⁺-p-n⁺. Если на одном из эмиттеров действует прямое напряжение, а на другом – обратное, то первый будет инжектировать электроны, а второй будет собирать те, которые инжектированы через боковую поверхность эмиттера и прошли без рекомбинации расстояние между эмиттерами. Такой транзисторный эффект является для МЭТ паразитным. В обратно смещенном переходе, который должен быть запертым, будет протекать ток. Чтобы избежать горизонтального транзисторного эффекта, расстояния между эмиттерами должны превышать диффузионную длину носителей в базовом слое. Если транзистор легирован золотом, то диффузионная длина не превышает 2-3 мкм и практически оказывается достаточным расстоянием между эмиттерами 10-15 мкм.

2) МЭТ должен иметь как можно меньший инверсионный коэффициент передачи тока (α_i). В противном случае в инверсионном режиме, когда эмиттеры находятся под обратном напряжением, а коллектор под прямым напряжением, носители, инжектируемые коллектором, будут в значительной мере достигать эмиттеров. В цепи последних, несмотря на их обратное включение, будет протекать ток. Чтобы уменьшить α_i, искусственно увеличивают сопротивление пассивной области базы. При этом инжекция электронов из коллектора в активную область будет незначительной, и паразитные токи через эмиттеры будут практически отсутствовать.

Многоколлекторные транзисторы (МКТ). В первом приближении МКТ можно рассматривать как совокупность отдельных транзисторов с соединенными базами и эмиттерами (рис.6.2). Количество коллекторов может быть 5-8 и более. Основной проблемой при разработке МКТ является увеличение α_N (добавить)

Рис.6.2.

Транзистор с барьером Шотки. Это биполярный транзистор, у которого коллекторный переход шунтирован диодом Шотки, который имеет контакт металл –полупроводники и обладает выпрямительными свойствами. Его 74ОСтоинство – отсутствие диффузионной емкости, и за счет этого рабочие частоты достигают десятки ГГц. На рис. 6.3 показана схема транзистора с бартером Шотки. При работе такого транзистора в режиме ключа значительно повышается быстродействие.

Рис.6.3.

Супербета транзисторы. Такие транзисторы имеют сверхтонкую базу (w=0,2 - 0,3 мкм). При такой толщине базы коэффициент передачи по току составляет β=3000 – 5000 и более. Получение сверхтонкой базы представляет серьезную технологическую проблему. Необходимо заметить, что дальнейшее уменьшение ширины базы до 0,1мкм и менее связано не столько с технологическими проблемами, сколько с принципиально физическими проблемами.