Нарисуем (качественно) входные и выходные вах трех птбш с одинаковыми размерами, уровнем легирования, но изготовленными из Si, GaN, GaAs. Обоснуем зависимости.
Рисунок 22 – «Входная ВАХ трех ПТБШ»
Определим пороговое напряжение отпирания, как
– концентрация
донорных примесей в канале;
– диэлектрическая
проницаемость полупроводника;
– высота барьера Шоттки.
Так как размеры, уровень легирования одинаковые – то пороговое напряжение отпирания для каждого из материалов будет зависеть от его диэлектрической проницаемости.
У GaAs – наибольшая диэлектрическая проницаемость (13,1); у Si меньше (12); у GaN наименьшая (9,5). Наиболее просто определить максимальный ток исходя из выходной ВАХ.
Рисунок 23 – «Выходная ВАХ трех ПТБШ»
Так как параметры транзисторов одинаковые, то ток стока определяется параметрами п/п (а именно подвижностью электронов). Чем больше подвижность, тем, соответственно, наклон линейного участка больше. В свою очередь напряжение пробоя определяется шириной запрещенной зоны (чем она больше, тем выше напряжение пробоя).
Нарисуйте и обоснуйте семейство входных и выходных ВАХ и коэффициента шума на одном графике. Объясните, почему ПТБШ, несмотря на высокую электронную температуру носителей на выходе, относят к малошумящим приборам?
На рисунке 24 [1, с. 546] представим семейство входных и выходных ВАХ и коэффициент шума.
Рисунок 24 – «Семейство входных и выходных ВАХ и коэффициента шума»
Воспользуемся формулой Ван-дер-Зила.
Когда ток стока достигает насыщения, скорость в подзатворной части транзистора слабо зависит от напряжения затвора и стока. Тогда скорость будет стремиться к скорости насыщения, а коэффициент диффузии от электронной температуры будет изменяться не сильно. Выходит, что чем меньше ток, тем меньше шум. Но если учитывать влияние буферного слоя, то зависимость коэффициента шума будет с характерным минимумом. Это объясняется тем, что при закрывании транзистора электроны разогреваются в начальной части транзистора. А в дальнейшем они начинают дрейфовать в буферном слое, что ведет к увеличению шума.
3.6. Как связаны нч шумы с технологией изготовления транзистора.
Низкочастотные шумы полупроводниковых изделий могут служить для прогнозирования их качества и надежности. Наиболее дешевым и быстрым методом отбраковки изделий служит косвенный метод, который целесообразно использовать для выявления скрытых дефектов. Что это за метод? Метод, связанный с анализом шумовых характеристик. [13].
Итак, анализ спектра шумов показывает, что в зависимости от физической природы наблюдаются тепловые и избыточные шумы. В нашем случае наиболее интересен избыточный шум, а именно - фликкер-шум (низкочастотный) 1/f.
Данный метод основан на том, что исследуемые изделия сравниваются по уровню шума с контрольным бездефектным изделием. В дальнейшем, по разности шумов оценивается качество прибора. Но недостатком этого способа является низкая достоверность (отбраковка до 15% надежных изделий).
Рассмотрим метод, используемый на данный момент. Он основан на измерении шумов в режиме диода переходов Э-Б и К-Б при определенном значении прямого тока (10 мА) на определенной частоте (1 кГц) – после чего сигнал детектируется и измеряется цифровым вольтметром.
Для достаточной выборки транзисторов из партии одного типа находят разность значений шумов переходов Э-Б и К-Б для каждого транзистора. Далее осуществляется выбор критерия оценки, и те транзисторы, у которых разность значений шумов будет больше критерия, считаются качественными.