Физическая эквивалентная схема и частотные свойства МОПТ

Физическая эквивалентная схема МОП-транзистора для малого сигнала, включающая в себя набор собственных емкостей прибора и сопротивлений структуры, представлена на (рис.4.14).

Рисунок 4.14– Малосигнальные физические эквивалентные схемы МОП-транзистора: а - схема, поясняющая образование собственных емкостей прибора;

б - полная физическая эквивалентная схема МОП-транзистора.

В приведенной эквивалентной схеме распределенная емкость затвор - канал С_зк представлена двумя сосредоточенными конденсаторами затвор - исток С_зи и затвор - сток С_зс. Эти конденсаторы отражают потокосцепление с зарядом канала, который определяет работу МОП-транзистора. Время пролета носителей через канал определяет быстродействие транзистора, что, в свою очередь, непосредственно связано со временем перезаряда конденсатора С_зк. Полагают, что в линейной области работы транзистора эти емкости равны ; в области насыщения С_зc = 0, а . Это отражает тот факт, что в режиме насыщения со стороны стока канал отсекается (рис.4.14, а) и количество силовых линий между затвором и стоком мало.

Конденсаторы и включены между затвором и областями истока и стока, соответственно, и вызваны погрешностями совмещения и перекрытием затворным электродом диффузионных областей истока и стока. В транзисторах с самосовмещенным затвором они отсутствуют, так как отсутствует перекрытие. В эквивалентнойсхеме (рис.4.14, б) они не указаны. Конденсаторы, включенные между подложкой и истоком С_пи и подложкой и стоком С_пс, отображают барьерные емкости р-n-переходов подложка - исток (или сток).

При моделировании этих обедненных областей нужно учесть в полной физической эквивалентной схеме еще и их дифференциальные сопротивления и . В полной эквивалентной схеме (рис.4.14, б) введены генераторы тока SU_зи и S_nU_nи, где S_n - крутизна по подложке при подаче на подложку напряжения относительно истока. Эти генераторы моделируют транзисторные эффекты при управлении приборами как со стороны затвора (SU_зи), так и со стороны подложки (S_n U_nи). Чаще всего на практике подложка, соединенная с истоком, является общим электродом прибора. Для этого случая физическая эквивалентная схема для малого сигнала представлена на (рис.4.15).

Пользуясь эквивалентной схемой, представленной на (рис.4.15), модуль коэффициента усиления транзистора , запишем:

.

По определению (3.10) частота f равна предельной , когда модуль коэффициента усиления по току равен единице. Следовательно,

.

(4.47)

Рисунок 4.15– Упрощенная физическая эквивалентная схема МОП-транзистора

Из выражения (4.47) видно, что для повышения быстродействия транзистора необходимо в первую очередь увеличивать эффективную подвижность носителей в канале и уменьшать длину канала L. Уменьшать величины порогового напряжения U_пор для увеличения f_т нyжнo осторожно, так как это может привести к снижению помехозащищенности прибора.