Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Анализ работы и применение активных полупроводниковых элементов

АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ GaAs ПТШ

Режим работы ПТШ с управлением тока канала ОПЗ БШ

Аналитическая модель ПТШ, работающего в режиме с управлением тока канала ОПЗ БШ, т. е. при UOTC m < и Ucll > О В, основана на модели, которая разработана К. Lehovec и R.S. Miller [4.8] и уточнена Ю.Н. Раковым [4.9]. Аппроксимация зависимости V(E) и конфигурация обедненной области в канале принята в виде, представленном на рис. 4.7, а и б соответственно.

Кусочно-линейная аппроксимация зависимости скорости дрейфа электронов от напряженности поля (а) и форма обеднения канала ПТШ (б)

Рис. 4.7. Кусочно-линейная аппроксимация зависимости скорости дрейфа электронов от напряженности поля (а) и форма обеднения канала ПТШ (б)

При описании процессов, происходящих в канале ПТШ, были приняты следующие допущения:

  • - в ОПЗ преобладает вертикальная составляющая напряженности электрического поля, а в канале - горизонтальная;
  • - в ОПЗ отсутствуют подвижные носители заряда, имеется резкий переход между этой областью и каналом;
  • - в переносе тока участвуют только основные носители заряда (электроны), профиль концентрации носителей равномерный (Nk);
  • -подвижность носителей заряда pw в наклонной части вольт-амперных характеристик (ВАХ) ПТШ постоянна, а дрейфовая скорость электронов равна

- в пологой части ВАХ ПТШ при |is(jc)|>iss дрейфовая скорость электронов равна

  • -в области I канала ПТШ (0<х<Тз1) скорость электронов описывается выражением (4.9), на границе областей канала I и II (L3l3) скорость дрейфа электронов изменяется скачком от значения Vp=xnEs до V=VS, как показано на рис. 4.7, б;
  • - имеет место «укорочение» эффективной длины затвора (L3l3);
  • -при напряжениях на стоке Ucll>Ucинас под стоковым краем затвора

вследствие насыщения дрейфовой скорости электронов формируется стабильный домен сильного поля, который с ростом 1/си расширяется как под затвор к

истоку, так и в промежуток затвор-сток (области II и III (L33+L33));

  • - концентрация носителей в стабильном домене Ndom >Nk;
  • - в ВАХ «пентодного» типа условия возникновения бегущего ганновского домена не выполняются, протяженности участков с отрицательной дифференциальной подвижностью очень малы (рис. 4.6) и ими можно пренебречь.

Пусть UH, Uс и U3 - подаваемые на электроды ПТШ потенциалы. Потоковый край затвора (рис. 4.7, 6) принят за начало отсчета координаты х. Относительно координаты х = 0 производится расчет потенциала U{x) в канале идеального ПТШ, падение потенциала на области ОПЗ с учетом падения напряжения на сопротивлении истока RH согласно законам Кирхгофа равно

В области I относительная глубина ОПЗ зависит от х согласно теории барьера Шоттки [4.1, 4.2]:

где ишзи; U0 - «внутреннее» (под затвором) напряжение отсечки канала, связанное с «внешним» (относительно потенциала истока) напряжением отсечки (t/0TC), определяемым по формуле (4.2), которое можно представить в виде

Введем параметры q = ^(х = 0) и р=у(х=ЬзХ) - относительные глубины обеднения, зависящие от режима смещения ПТШ:

А) Выражения для тока стока в наклонной и пологой частях ВАХ В области I в соответствии с формулой (4.9) ток стока в сечении х

где е - заряд электрона; V(x) - дрейфовая скорость носителей; 6(х) - толщина канала; Ьзш - суммарная ширина затвора ПТШ.

Так как Е{х)=-^^ , то, интегрируя (4.16) по х от х^О до х2=/,з1, dx

в пологой части ВАХ получаем выражение для тока стока в сечении х2 =L3l:

где

При работе ПТШ в наклонной части ВАХ при L3l =L3 уравнение для тока стока имеет вид

где

L3 - длина затвора.

Так как в сечении x=L3l слева ток стока определяется по формуле а справа - по формуле

то концентрация носителей заряда в стационарном домене сильного поля будет

Из равенства токов в выражениях (4.17) и (4.21) получим выражение для Ьз1:

Формула для тока стока в пологой части ВАХ (4.21) представляется в виде

Б) Распределение потенциала в канале при работе ПТШ в наклонной и пологой частях ВАХ

В канале ПТШ в наклонной части ВАХ и в области I канала ПТШ в пологой части ВАХ из (4.14) и (4.15) получим распределение потенциала ?/(*):

Падение напряжения в канале под затвором в наклонной части ВАХ и в области I канала в пологой части ВАХ равно

Тогда для наклонной части ВАХ

В пологой части ВАХ (Ucll ^Umnac) в области II канала ПТШ распределение потенциала в приближении (1 -р) «1 [4.8^1.12] имеет вид

В области II канала ПТШ падение напряжения равно

где

В области III канала ПТШ согласно [4.13^1.15] где

Приращение потенциала в канале в точке ле относительно стокового края затвора (х=Ь3) определяется интегрированием (4.31) от x=L3 доле:

Тогда распределение потенциала в области III канала будет иметь следующий вид:

Из (4.33) приращение потенциала в области III канала равно:

Таким образом, в пологой части ВАХ

Для расчета ВАХ и элементов эквивалентной схемы GaAs ПТШ в работах [4.9, 4.11] была создана программа «WAXNEW». При расчете наклонной части ВАХ для переменных q и р решается система уравнений (4.14), (4.19) и (4.27). При расчете пологой части ВАХ в программе для переменной р решается

трансцендентное уравнение, полученное из соотношений (4.14), (4.24) и (4.36). При решении приведенных выше уравнений используются выражения для зависящих от смещения (параметров q и р) сопротивлений RH и Rc, которые для двух конструкций ПТШ представлены в следующем разделе.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы