Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Эквивалентная шумовая схема полевого транзистора с р — н-переходом 1?1. Глава 6 362 У 4бб б1б Ю .Ч10 "/7~ Рис. 26. Теоретические зависимости оптимального шум-фактора от частоты для МП-транзисторов с различной длиной и шириной канала и результаты соответствующих измерений при Т = ЗОО К [29, ЗО1. 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 крутизнойд, которая входит в выражение (67) для шум-фактора. Поэтому некоторое уменьшением (но нед /Соз) в случае плавно легированного канала дает улучшение шумовых характеристик. 6.4.4. Конструкции приборов Несколько типичных конструкций мощных МП-транзисторов для СВЧ-диапазона 1481 схематически показаны на рис. 27. Все приборы изготовлены на полуизолирующих подложках и имеют промежуточный (буферный) эпитаксиально выращенный слой, предназначенный для уменьшения влияния сильно дефектной Нолевые транзий~оры Остад..7алйр С~ю.с. Ф г Рнс, 27. Различные способы формирования контактов стока н нстока в МП-тран- знсторах нз баЛв [481. полуизолирующей подложки на проводимость канала. На рис.
2?, а показан простейший планарный прибор с вплавленными контактами. Поскольку омические контакты стока и истока оказывают существенное влияние на характеристики и надежность приборов 131), на практике используются различные способы формирования стока и истока, направленные на снижение последовательных сопротивлений этих контактов и повышение пробивных напряжений стока 1491. В конструкции, приведенной на рис.
27, б, для этого использован эпитаксиальный и+-слой, который затем частично вытравливается при формировании затвора. Аналогичная, но со значительно более толстым и'-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 баАз, общий затвор которой одновременно выполняет функцию теплоотвода [321. Верхний слой металлизации представляет собой секционированные электроды стока и истока, «вставленные» друг в друга, Вне активной области прибора баАз превращен с помощью протонной бомбардировки в полуизолирующий 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- 664 гаиЮнай ааий~ра /7ааеае чае се~ение,р Л~"- слей , Гл.гпидиый Ф-сл~й ,Уаагйа и паж'аай саум Рис. 28. Мощный МП-транзистор с подложкой, одновременно выполняющей роль затвора и теплового стока, и секционированными стоком и истоком [321.
рующая область [331. Г1ри этом уменьшаются емкость затвора и его токи утечки, а также увеличивается напряжение пробоя, На рис. 29, б приведена аналогичная структура с буферным слоем между затвором и каналом [341. На рис. 29, в показан полевой транзистор с гетеропереходом [351.
Здесь роль подзатворной буферной области играет слой более широкозонного, чем баАз, полупроводника А[баАз, что значительно уменьшает ток утечки затвора по сравнению с обычным барьером Шоттки, Для создания приборов с субмикронной длиной затвора в настоящее время широко используются различные способы самосовмещения. На рис. 29, г показан МП-транзистор с двумя затворами [Зб1. Этот прибор, как и гетероструктура на рис. 29, в, перспективен для использования в малошумящих схемах. В работе [50! исследован полевой МП-транзистор с двойной гетероструктурой, поперечное сечение которого поназано на Нолевые транвисп~о~~ы Рис.
29, Различные конфигурации затворов, используемые в высококачествен- ных полевых транзисторах. рис. 30, а. Активный слой прибора представляет собой тройное соединение баа 471п,,ааАз. Все полупроводниковые и металлические слои структуры последовательно нанесены на полуизолирующую 1пР-подложку с ориентацией (100) методом молекулярно-лучевой эпитаксии [50). Эти слои хорошо согласованы с точки зрения постоянной решетки между собой и с 1пР-подложкой, что обусловливает низкую плотность поверхностных ловушек на соответствующих границах раздела.
На рис. 30, б показана зонная схема рассматриваемой двойной гетероструктуры в условиях равновесия. Ж АПлАе ба1пАа АПлАз Тли бдаВ с", Рис. 30. Условное поперечное сечение МП-транзистора с двойной гетеро- структурой (а) и зонная диаграмма прибора (б) [501, 71ЫВ б, 7ааВ 71бМ 7ЪВ Е Глава б 6.5.
дРУгиВ полевыВ приьоры 6.5.1. Ограничители (стабилизаторы) тока Ниже рассмотрены два типа токорегулирующих диодов, представляющих собой двухполюсные полевые приборы: полевой диод и диод с насыщением скорости. Полевой диод представляет собой обычный полевой транзистор с затвором, закороченным на исток (37, 38). Его вольт-амперная характеристика (рис. 31) подобна характеристике полевого транзистора при $'д = 0 (рис. 3).
Полевой диод как стабилизатор тока характеризуется четырьмя основными рабочими параметрами: стабилизируемым током 1~, напряжением насыщения ~",а~, наклоном характеристики на участке стабилизации д, и напряжением пробоя 1~и. Каждый из этих параметров был рассмотрен применительно к работе полевого транзистора. Отметим здесь только, что для уменьшения К„, следует использовать приборы с малой глубиной канала а и малым уровнем легирования канала Жэ (выражение (4)). При этом уменьшается и стабилизируемый ток 1~. Кроме того, для снижения 1~ можно уменьшать отношение Л/Л (ширины к длине канала). Для уменьшения д, следует увеличивать длину канала 1., а для увеличения напряжения пробоя снижать уровень легирования канала. Рис.
3! . Вольт-амперная характеристика стабилизатора тока (полевого Ю диода). а Верхний полупроводниковый слой А1,аа1п,,„Аз образует барьер Шоттки с внешним алюминиевым затвором (гри„= 0,8 В). Подвижные электроны здесь сосредоточены в активном узкозонном слое ба„4т1па $3Аз. Поскольку подвижность при слабых полях и пиковая дрейфовая скорость в этом материале выше, чем в баАз, в рассматриваемой двойной гетероструктуре можно получить большую крутизну. Такие МП-транзисторы весьма перспективны для применения в быстродействующих схемах. 367 т7олеаьи транзисторы Рис. 32.
Конструкция диода с насыщением скорости (а) и эксиериментальная вольтамперная характеристика (б) 139]. ,Уичеслий р 1 б' 1 + 'б а Ш 1Ч Я й' Я Пт при;= ение, В диодах с насыщением дрейфовой скорости участок стабилизации тока на вольт-амперной характеристике возникает в результате эффекта насыщения дрейфовой скорости носителей тока в сильных электрических полях 139!. Структура такого прибора показана на рис.
32, а. Областью с высоким электрическим полем здесь служит мелкий ( 0,5 мкм) диффузионный и-слой длиной 3 мкм. В качестве материала структуры выбран германий, так как в нем насыщение дрейфовой скорости начинается при сравнительно малых ( 4 КВ/см) электрических полях. В кремнии, например, дрейфовая скорость начинает насыщаться только при 30 КВ/см. Обратимся снова к показанным на рис. 31 четырем главным параметрам, характеризующим стабилизатор тока, и рассмотрим их применительно к диодам с насыщением скорости.
Стабилизируемый ток в этом случае равен /, =- д/)/,р,А+ /,, (68) где и, — скорость насыщения, А — площадь канала, 1з — ток насыщения обратносмещенного р — и-перехода. С ростом температуры ток насыщения увеличивается, а скорость насыщения падает. Следовательно, когда эти два конкурирующих механизма полностью компенсируют друг друга, величина стабилизированного тока практически не зависит от температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
