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  • 淺析MOS場效應(yīng)晶體管的特征頻率與其措施事項(xiàng)
    • 發(fā)布時間:2022-05-10 18:36:41
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    淺析MOS場效應(yīng)晶體管的特征頻率與其措施事項(xiàng)
    MOS場效應(yīng)晶體管
    MOS場效應(yīng)晶體管的特征頻率
    基本概念:
    在給定的發(fā)射中用于識別和測量頻率,例如載波頻率可被指定為特征頻率。
    對于元器件而言,特征頻率是指其主要功能下降到不好使用時的一種截止頻率。例如,對于用作為放大的有源器件一雙極型晶體管以及場效應(yīng)晶體管而言,特征頻率就是指其電流放大系數(shù)下降到1時的頻率,這是共發(fā)射極組態(tài)作為放大使用的截止頻率。MOS管的特征頻率。對于用作為檢波、開關(guān)等的無源二極管而言,其特征頻率就是指其阻抗下降到很小、不能吸收信號功率時的頻率,這時的截止頻率也就是其特征頻率。
    (1)MOS場效應(yīng)晶體管的特征頻率
    場效應(yīng)管(JFET、MESFET、HEMT)的特征頻率ft是指共源、輸出端短路、電流放大系數(shù)為1(即輸入電流=輸出電流)時的頻率,也稱為共源組態(tài)的增益-帶寬乘積;它主要由柵極電容Cg來決定。由簡化的小信號高頻等效電路可以給出有ft=gm/2mCg=1/2mT,即ft決定于柵極下載流子的渡越時間T。
    對于長溝道(u為常數(shù))的器件:T=L/μEy~L2/μVds,則ft=uVds/2TL;對于短溝道(漂移速度飽和為vs)的器件:T=L/vsL,則ft=vs L/2mL。若再計(jì)入寄生電容CL,則截止頻率為ft=gm/[2m(Cg+CL)]=(1/2TT)[1+(CL/Cg)]-1。
    提高場效應(yīng)晶體管ft的措施是:
    增大跨導(dǎo)gm、減小柵電容Cg、減短溝長L、增大遷移率或飽和漂移速度vs。
    對HEMT(高電子遷移率晶體管),由于EMT的控制層厚度可以制作得比較小,則Cgs(即gm)比較大,從而有較高的截止頻率和較快的工作速度。
    (2)雙極型晶體管的特征頻率
    BJT的特征頻率ft就是其共發(fā)射極組態(tài)的電流放大系數(shù)大小|βI下降到1時的頻率,又稱為晶體管的增益-帶寬乘積。若βo是低頻時的電流放大系數(shù),fβ是所謂β截止頻率,則在f>〉fβ時可有IBIf=βo fβ=ft。因此,只要在高于fβ的頻率下測得|β1,就可以得到ft。
    BJT的特征頻率ft可用電子從發(fā)射極到集電極之間的有效渡越時間Tcc來表示為:ft=(2T T cc)-1,式中T cc=T E+T B+T D+r C,TE=(kT/q Ic)CjE是發(fā)射結(jié)的充電時間,TBTF是電子渡越中性基區(qū)的時間,TF是移走基區(qū)和發(fā)射區(qū)中存儲電荷所需要的時間(略大于TB),TC=(kT/qIc+rc)CjC是集電結(jié)的充電時間,TD=Xdc/vs是電子以飽和漂移速度vs渡越集電結(jié)耗盡層Xdc的時間;MOS管的特征頻率。對ft起決定作用的因素一般主要是TB,其次是結(jié)電容(特別是集電結(jié)電容)。ft與品體管的工作點(diǎn)有關(guān),故在使用晶體管和測試ft時,都需要合理地選擇工作點(diǎn)。
    提高BJT特征頻率的措施是:
    ①在ft不很高時往往是TB起主要作用,則要求減小基區(qū)寬度(采用淺結(jié)工藝制作薄基區(qū))、增大基區(qū)電場因子n(提高基區(qū)中在發(fā)射結(jié)一側(cè)的摻雜濃度和提高發(fā)射區(qū)雜質(zhì)分布的陡峭度以減小阻滯場,但若摻雜濃度太高反而會使擴(kuò)散電子系數(shù)減小,故n一般控制在3~6之間);
    ②在ft較高時,基區(qū)寬度必然很小,TB較短,則必須考慮TE、TD和TC的影響,因此要求減小發(fā)射結(jié)的動態(tài)電阻(選用較大的集電極電流)和勢壘電容(減小發(fā)射結(jié)面積)、減小集電結(jié)的勢壘厚度(可降低集電區(qū)電阻率,但要兼顧擊穿電壓)、減小集電極的串聯(lián)電阻rC(降低集電區(qū)的電阻率)和勢壘電容Cjc(減小集電結(jié)面積)。MOS管的特征頻率。
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