|
| |
|
Главная Журналы Авторы [280] выразили шум затвора через активную СоСтаБ-ляющую входной проводимости прибора Re (уи)- Шумовой ток затвора в режиме насышения имеет вид: q = 4kTAfRe Ы) F, (-, l) , (9-22) где р2 в рабочей области 1,2, а /2(0,1) = 1,0. Таким образом, входная проводимость создает шум, несколько превышающий величину, определяемую по формуле Наиквиста. Как отмечалось в гл. 5, Re(ii) жю так что соотно-шение (9-22) дает такую же частотную зависимость 7. как и (9-21). Данные экспериментальных измерений, выполненные в [279], находятся в хорошем согласии с предсказаниями теории. Вычисленный в [276] коэффициент корреляции между t и t имеет как действительную, так и мнимую компоненты: C. = -!fe«0,13-f/-0,35. " (9-23) Если Ci„=«10 пФ и gm=\ мА/В, то Re(Cr)Im(Cr) при частотег=«100 МГц; на более низких частотах преобладает мнимая компонента, экспериментальное значение которой хорошо согласуется с (9-23) [279]. Как следует из (9-23), величина Сг достаточно мала, так что суммарный коэффициент шума прибора, вычисленный без учета корреляции, отличается от точного значения не более чем на 10% [279]. Другим источником шума затвора является дробовый эффект, обусловленный обратным током затвора Ig- ?, = 2qIaAf. (9-24) На низких частотах и при большой величине сопротивления в цепи затвора (>10 Ом) этот тип шума может стать преобладающим [281]. Условия, при которых это происходит, рассмотрены в § 9.4. 9.2.3. Генерационно-рекомбинационный шум. Как уже отме- , чалось, основной причиной низкочастотного шума ПТУП являются генерационно-рекомбииационные процессы в области пространственного заряда с участием глубоких примесных уровней. Подробный анализ этого механизма, проведенный в работах [265, 266], дает следующее выражение для среднего квадрата шумового тока стока в случае присутствия глубоких уровней одного типа с концентрацией Т: Г2. TtNtFtFiodfaVgl „ fW gd " 6(l-f CD2T)zLe2 " р 2 /d \n- + -L[b!bl)-2{b-bd) ; (9-25) a, Z, L - металлургические размеры области канала (см. рис. 21); 8s - диэлектрическая проницаемость полупроводника; Jnlh - нормированный ток стока, определяемый соотношением (3-13); Ft, Ftp, Tj -параметры глубоких уровней, рассмотренные в 9.1.3; q - заряд электрона; величина go дается равенством (3-19). Выражение для эквивалентного шумового сопротивления Rn, пересчитанное» к затвору, получается из (9-25) в виде: п 4 1 ttNtFtFipqa р /Wps Wpp] ,q q) где g™2=go2(bs-MMcM. (3-18)]; Ps=PD/(b-bd)2. Функция Ps описывает зависимость Rn от рабочих напряжений. При на-.-сыщении (Wgd=Wo) Ps->-оо. Эта неприятность возникает из-за того, что в пренебрежении эффектом укорочения канала сопротивление исток-сток в режиме насыщения является бесконечным. Указанное в гл. 3 приближение плавной аппроксимации, в котором получено соотношение (9-26), применимо при yL-a/2, поэтому, подставляя это значение у в (3-29), можно найти минимальную величину bd, при которой (9-26) будет давать приближенный результат для режима насыщения: bd = D а \ Из приведенных формул следует, что спектральная плотность шума при а)т4>>1 пропорциональна Это является следствием учета лишь одного типа уровней. На практике в полупроводнике присутствует несколько примесных уровней с различной энергией ионизации Et. В этом случае частотная зависимость будет близка к закону 1 [264]. Экспериментальные измерения низкочастотных шумов транзисторов, специально легированных золотом, качественно подтверждают основные положения теории. На рис. 90 приведены результаты, полученные в работе [266] на кремниевом приборе с примесью золота. Опытное значение Xt составляло 1 мс, что несколько ниже расчетного (2 мс). Величина энергии ионизации акцепторного уровня, полученная из температурной зависимости Xt, находится в хорошем согласии с данными измерений другими методами. в работе [282] исследована зависимость эквивалентного шумового тока стока германиевых и кремниевых ПТ на низких частотах от напряжения сток -исток в области до насыщения. При малых токах, в соответствии с предсказаниями теории [265], получено Fds, однако с увеличением Id зависимость становится слабее. Эти расхождения могут быть обусловлены зависимостью подвижности носителей от поля или неоднородностью канала [282]. Как и ожидалось, эквивалентное шумовое сопротивление Rn возрастает с увеличением объема области  Рис. 90. Влияние легирования золотом иа шумовые характеристики ПТУП [266] i - контрольный прибор; 2 -пр.ибор, легированный золотом пространственного заряда; при заданном Fgs Rn увеличивается по мере роста Vns, а после достижения потенциала насыщения остается приблизительно постоянным. Поскольку величина Rn зависит также и от Vgs, в ряде случаев может оказаться выгодным режим работы при 1ей=0 и малом напряжении на стоке. Из (9-25) следует, что для изготовления малошумящих приборов необходимо уменьшать толщину канала а и увеличивать его длину L и ширину Z. Кроме того, технология изготовления должна обеспечивать минимально возможную концентрацию Nt глубоких примесных уровней. Интересно отметить, что в кремниевом приборе может существовать заметная корреляция между дробовым шумом затвора И [ -шумом, поскольку как флуктуации обратного тока затвора, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 [ 58 ] 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 |