Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
современных МП-транзисторов из GaAs [28].
Полевые транзисторы
361
приведенные на рис. 24. Предельная мощность изменяется пропорционально
/~2, что характерно для электронных ограничений, которые более подробно
рассмотрены в гл. 10.
Очевидно, что миниатюризация, освоение субмикронных размеров, уменьшение
паразитных сопротивлений и емкостей и т. д. приведут к дальнейшему
улучшению частотных и мощностных характеристик канальных полевых
транзисторов.
6.4.3. Шумовые характеристики
Полевые транзисторы с р-л-переходом и МП-транзисторы в принципе являются
сравнительно малошумящими приборами, поскольку их функционирование
обусловливают только основные носители тока. Поэтому обычно главными
источниками шума в реальных приборах оказываются внешние паразитные
сопротивления, которые, к сожалению, не удается исключить полностью.
На рис. 25 показана эквивалентная шумовая схема прибора [7 ]. Источники
шума ing, ind, eng и ens соответствуют индуцированному шуму затвора, шуму
в цепи стока, тепловому шуму сопротивления затворной металлизации и
тепловому шуму последовательного паразитного сопротивления истока. На
этой схеме es - источник сигнального напряжения, a Zs - импеданс входной
цепи. В прямоугольнике, очерченном штриховой линией, сосредоточены
собственно транзисторные элементы. Оптимальный шум-фактор, полученный с
помощью этой эквивалентной схемы, для МП-тран-зистора из GaAs [29]
определяется выражением
Очевидно, что для улучшения шумовых характеристик следует уменьшать длину
канала и снижать паразитные сопротивления
F,~l+fL Ygm (Rs + До)/4.
(67)
е
Собственно МП- транзистор
о
Ф
Ус(r) (c)
R;
I
Lnd
Рис. 25. Эквивалентная шумовая схема полевого транзистора с р - /г-
переходом [7].
362
Глава 6
5 6 в 10 f, ГГц,
30 40
Рис. 26. Теоретические зависимости оптимального шум-фактора от частоты
для МП-транзисторов с различной длиной и шириной канала и результаты
соответствующих измерений при Т - 300 К [29, 30].
затвора и истока. На рис. 26 приведены экспериментальные [29, 30] и
теоретические значения шум-фактора. При фиксированной частоте шум
уменьшается с уменьшением длины затвора. Отметим, что шум уменьшается и
при сокращении ширины канала, поскольку при этом уменьшается
сопротивление металлического электрода затвора.
Приборы с плавно легированным каналом [15] (рис. 15) оказались менее
шумящими по сравнению с приборами тех же размеров и однородно
легированным каналом (соответствующее уменьшение шума от 1 до 3 Дб). Это
различие в шумах связано с крутизной^, которая входит в выражение (67)
для шум-фактора. Поэтому некоторое уменьшение^ (но неgm/CGS) в случае
плавно легированного канала дает улучшение шумовых характеристик.
6.4.4. Конструкции приборов
Несколько типичных конструкций мощных МП-транзисторов для СВЧ-диапазона
[48] схематически показаны на рис. 27. Все приборы изготовлены на
полуизолирующих подложках и имеют промежуточный (буферный) эпитаксиально
выращенный слой, предназначенный для уменьшения влияния сильно дефектной
Полевые транзисторы
363
Исток Затвор Сток
в г
Рис. 27. Различные способы формирования контактов стока и истока в МП-
тран-зисторах из GaAs [48].
полуизолирующей подложки на проводимость канала. На рис. 27, а показан
простейший планарный прибор с вплавленными контактами. Поскольку
омические контакты стока и истока оказывают существенное влияние на
характеристики и надежность приборов [31 ], на практике используются
различные способы формирования стока и истока, направленные на снижение
последовательных сопротивлений этих контактов и повышение пробивных
напряжений стока [49]. В конструкции, приведенной на рис. 27, б, для
этого использован эпитаксиальный /г+-слой, который затем частично
вытравливается при формировании затвора. Аналогичная, но со значительно
более толстым п+ -слоем структура показана на рис. 27, в. В процессе ее
изготовления металлизация стока и истока используется в качестве маски
при формировании затвора (самосовмещение). На рис. 27, г показана
структура с заглубленным затвором. Она характеризуется повышенными
пробивными напряжениями за счет уменьшения электрических полей в
окрестности стока. На рис. 28 показана мощная МП-структура из GaAs, общий
затвор которой одновременно выполняет функцию теплоотвода [32]. Верхний
слой металлизации представляет собой секционированные электроды стока и
истока, "вставленные" друг в друга. Вне активной области прибора GaAs
превращен с помощью протонной бомбардировки в полу изолирующий материал.
Для увеличения рабочих частот и снижения шумов предложено большое число
способов формирования затворов МП-транзисторов. На рис. 29, а показана
структура, в которой под затвором ионной бомбардировкой (Аг+)
сформирована промежуточная полуизоли-
364
Глава ё
Край активной области прибора
Поперечное
N+~ слой
Активный А/ -слой
Затвор и тепловой стак
Рис. 28. Мощный МП-транзистор с подложкой, одновременно выполняющей роль
затвора и теплового стока, и секционированными стоком и истоком [32].
