ГЛАВА 7. Полевые транзисторы

• Название: Полевые транзисторы
• Дата: 28.02.2018
• Размер: 0.73 Mb.
• Имя файла: ГЛАВА 7.doc
• Тип: Документы; #37396
• страница: 6 из 6

7.7. Шумы полевых транзисторов

7.7.1. Шумы полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом

В полевых транзисторах с управляющим р-n-переходом действуют следующие источники шумов.

Тепловой шум канала. Канал представляет собой резистивную область, и поэ­тому в нем генерируется тепловой шум. Расчет его интенсивности осложняется тем, что сечение канала изменяется по продольной координате и зависит от режима рабо­ты транзистора. В режиме насыщения проводимость канала оценивается приближен­ной формулой g_k≈ 2S_нас/3, где S_нас– крутизна транзистора (7.58) в области насыще­ния характеристики ток стока – напряжение стока. Поэтому средний квадрат шумово­го тока канала можно выразить в соответствии с (П1.8) следующим образом:

(7.87)

Резистивные участки в начале и в конце канала также создают тепловой шум, ко­торый можно учесть, используя формулы Найквиста (П1.8). Однако надо иметь в ви­ду, что сопротивления этих участков влияют и на уровень теплового шума в канале, так как сопротивления снижают крутизну транзистора.

Шум тока утечки затвора. Поскольку р-n-переход включен в обратном направ­лении, в цепи затвора протекает обратный ток I_з (ток утечки). Этот ток содержит дробовый шум, средний квадрат которого с учетом формулы (П1.11)

(7.88)

Индуцированный шум затвора. Тепловой шум канала вызывает локальные флуктуации заряда, а следовательно, и потенциала относительно затвора. Это при­водит к появлению шумового емкостного тока в цепи затвора. Средний квадрат этого тока оценивается формулой



где С_зиемкость затвор-исток. Несмотря на тепловое происхождение этой составля­ющей шумового тока затвора, ее интенсивность зависит от частоты, возрастая с ее Увеличением из-за роста емкостной проводимости ωС_зи. Естественно, что тепловой шум канала и индуцированный шум затвора коррелированы.

Генерационно-рекомбинированный шум. На низких частотах в токе стока проявляются частотно-зависимые составляющие, обусловленные генерационно-рекомбинационными процессами с участием ловушек (см. Приложение 1).

Наиболее важную роль играют ловушки, расположенные в обедненной области. Флуктуации их суммарного заряда, модулируя ширину канала, вызывают дополнительный шум тока стока.

1/f-шум. Этот шум выражен в транзисторах с управляющим р-n-переходом сла­бо. В арсенидогаллиевых транзисторах с переходом типа барьера Шотки 1/f-шум пра­ктически отсутствует.

Расчет коэффициента шума полевого транзистора с управляющим р-n-переходом показывает, что в диапазоне средних частот его величина обусловлена главным образом тепловым шумом канала, на низких частотах он возрастает из-за генерационно-рекомбинационных шумов, а на высоких – из-за увеличения уровня индуциро­ванного шума затвора и уменьшения крутичны транзистора.

7.7.2. Шумы МДП-транзисторов

Источники шума и механизмы их воздействия на ток стока в МДП-транзисторах в основном аналогичны тем, которые были рассмотрены для полевых транзисторов с управляющим переходом. Существует лишь одно важное различие – в МДП-транзисторах значительно сильнее выражен 1/f – шум (см. Приложение 1). Причиной этого яв­ляются ловушки, расположенные в слое диэлектрика, отделяющего металлический затвор от полупроводника. Носители заряда, движущиеся в канале, захватываются и освобождаются такими ловушками путем туннельных переходов. Вероятность пос­ледних зависит от расстояния между ловушкой и границей раздела диэлектрик-по­лупроводник: чем меньше расстояние, тем больше вероятность. Можно показать, что время релаксации ловушек связано с вероятностью захвата и высвобождения носи­телей; распределение ловушек по толщине диэлектрика приводит к различию времен релаксации даже для ловушек одного сорта. В Приложении 1 показано, что наложе­ние процессов генерации-рекомбинации с разными временами релаксации может привести к спектру шума типа 1/f. Таким образом, 1/f-шум МДП-транзистора порожда­ется суперпозицией генерационно-рекомбинационных шумов с разным временем ре­лаксации. Эта модель имеет прямое экспериментальное подтверждение: показано, что интенсивность 1/f–шума в МДП-транзисторах снижается при уменьшении концен­трации ловушек в диэлектрическом слое.

Отметим также, что дробовый шум затвора МДП-транзистора значительно мень­ше, чем транзистора с управляющим переходом. Это связано с малостью тока утечки затвора МДП-транзистора.

Более подробные сведения о шумах транзисторов разных типов (источники, эк­вивалентные шумовые схемы, выражения для шумовых параметров, эксперимен­тальные данные) можно найти в специальной литературе, например [9, 35].