概述的剩余问题高频模型和性能加工技术单片微波.PDFVIP

第十讲 MESFET 集成电路应用——概述 l 第九讲的剩余问题 高频模型和性能 加工技术 l 单片微波集成电路 基本概念 微波传输带设计：分立元件 例子 台面蚀刻；离子注入 l 数字逻辑电路 使用耗尽型晶体管的困难 一般解释 逻辑系列 FET 逻辑；缓冲FET 逻辑 （BFL）；肖脱基二极管FET 逻辑 （SDFL） 直接耦合FET 逻辑 （DCFL） 互补FET 逻辑 （还未出现，或将要很快出现） 其它组块 传输门 存储单元 线性等效电路模型——图解法 第九讲中，我们介绍了MESFET 的小信号线性等效电路；其电路可以表示为： 为了将这个模型推广到高频情况，我们引入小信号线性电容来表示栅极中储存的电荷。 MESFET——线性等效电路(续) 为了描述FET在饱和状态下被施加偏压的情况，我们得出如下的小信号线性等效电路模 型中的电导表达式： 饱和状态下的本征栅-漏电容，Cgd ，为零，但在实际器件中存在一个小的附加 （非 本征）电容，Cgd ；其值要实验测定。 本征栅-漏电容，Cgd ，为：dqG/dvGS ,其中栅极电荷，qG ，为： 其值不易测定 速度饱和的影响——模型A’ 考虑这样一个MESFET，它的沟道很短，其载流子可以在很小的VDS时就达到饱和速度。 沿着沟道的电压降会很小，并且栅极下的耗尽区宽度是均匀的： 在这样的器件中， VDS很小的时，其电流相当于在一个均匀电阻中： 饱和的时候，沟道中的电子以它们的饱和速度Ssat 运动，电流为： 速度饱和的影响——模型A’（续） 继续研究短沟道，速度饱和MESFET，我们可以使用我们先前定义的Go和Vp来描述低 VDS下的漏极电流： 饱和时的电流为： 当施加偏压时，这个器件的线性等效电路的跨导为： 速度饱和的影响——模型A’（续） 在继续讨论之前，我们先把这个结果和之前无速度饱MESFET的结果进行比较： 最后我们讨论增加的栅-源电容。在这个模型中，其计算很容易。我们先确定栅极电荷， 然后对其积分： 高频模型——短路电流增益 要表征一个晶体管的高频性，可以计算其短路电流增益，sc(j)，并确定其数值为1时 的频率。 注意：Cgs Cgd ，所以假设成立，即：ωtgm/ Cgd 高频模型——ft 一个将这个结果形象化的很好的方法是作短路电流增益的大小-频率的对数坐标图，即： log| sc(j)|-log ω。此图叫做波特图： 注意：通常有Cgs Cgd ，所以一般来说有：ωz ωt 高频模型——ωt 的含义 我们有： 我们从关于极端饱和速度器件的模型知： 故有：ωt=Ssat/L 它也可写成某个时间tr 的倒数： ωt= 1/tr ，对这个器件来说:tr=L/ Ssat 时间tr被看作沟道中电子的通过时间。这是ωt 的一个非常普遍的结果，也就是说，它 可以写成穿过器件的相关载流子通过时间的倒数。 高频模型——ωt 的进一步讨论 我们得到的结果： ωt= 1/tr ，其中tr是器件的通过时间 是非常普遍的，并且对评价一个器件非常有用。作为一个例子，我们列举出对于MOFET和 BJT 的结果，以及我们刚得到的结果： 对于无速度饱和的FET ： 对于强速度饱和的FET ： 对于无速度饱和的BJT ： 模型的最后讨论——gm 的深入讨论 我们通常需要一个gm尽量大的FET 。为达到这个目的，我们先看一下ωt 的表达式，以 及它和通过时间的关系： ωt= 1/tr ， 和 ωt=gm/ Cgs 联立上两式，解出gm ，有： 这个结果告诉我们如何得到大的gm ：