- •А.Н. Игнатов
- •Полевые транзисторы
- •И их применение
- •В технике связи
- •Монография
- •Предисловие
- •1. Общие сведения о полевых транзисторах
- •1.1. Классификация пт
- •1.2. Терминология и обозначения в системе параметров пт
- •1.3. Типы, характеристики и свойства пт
- •1.3.1. Общие сведения
- •1.3.2. Типы полевых транзисторов
- •1.3.3. Статические характеристики
- •1.3.4. Механизмы пробоя пт
- •1.3.5. Радиационная стойкость пт
- •1.3.6. Светочувствительность пт
- •1.3.7. Влияние температуры на характеристики пт
- •1.4. Модели пт и анализ эквивалентных схем пт
- •1.4.1. Общие сведения
- •1.4.2. Параметры пт на низких частотах
- •1.4.3. Параметры пт на высоких частотах
- •1.5. Основные режимы работы пт
- •1.6. Способы аппроксимации характеристик передачи пт
- •1.7. Особенности технологии и технико-экономические показатели производства пт
- •1.8. Перспективные области использования пт в технике связи
- •1.8.1. Общие сведения
- •1.8.2. Использование пт в качестве управляемых сопротивлений
- •1.8.3. Использование пт в ключевом режиме
- •1.8.4. Использование пт в режиме усиления
- •1.8.5. Использование пт в режиме с прямыми токами затвора
- •1.8.6. Использование пт в режиме пробоя
- •1.8.7. Использование пт в оптоэлектронных приборах
- •1.8.8. Использование пт в интегральных схемах
- •2.2. Регулировка коэффициента передачи изменением крутизны полевого транзистора в пологой области
- •2.3. Регулировка коэффициента передачи изменением проводимости канала в крутой области
- •2.4. Взаимосвязь параметров полевых транзисторов
- •2.5. Диапазон регулирования крутизны проводимости пт
- •2.6. Синтез регулировочных характеристик пт работающих в пологой области характеристик
- •2.7. Синтез регулировочных характеристик пт работающих в крутой области характеристик
- •2.8. Способы улучшения качественных показателей регуляторов усиления на пт
- •2.9. Методика расчета и исследование регуляторов усиления на пт
- •2.10. Динамические характеристики регуляторов на пт
- •2.11.2 .Применение пт в регуляторах тембра
- •2.11.3. Портативный приемник с высокоэффективной ару на пт
- •2.11.4. Экспандер на полевом транзисторе
- •2.11.5. Расчет авторегулятора уровня на пт
- •2.11.6. Усилитель с электронной регулировкой коэффициента передачи с помощью пт
- •2.11.7. Автогенератор с чм на пт
- •2.11.8. Диапазонный генератор с ам, широкополосный чм и электронной перестройкой частоты
- •3. Свойства и применение пт в ключевом режиме
- •3.1. Особенности работы пт в ключевых схемах аналоговых сигналов
- •3.2. Особенности работы пт в ключевых схемах дискретных сигналов
- •3.3. Параметры в ключевом режиме
- •3.4. Принципы построения ключевых схем на пт и особенности их расчета
- •3.5. Схемы управления ключами на пт
- •З.6. Показатели качества ключей на пт
- •3.7. Сравнение ключевых свойств полупроводниковых элементов
- •3.8.2. Применение пт в коммутаторе для центральной
- •3.8.3. Коммутатор на пт для системы передачи телеметрической информации
- •3.8.4. Некоторые применения ключевого режима работы пт в устройствах связи
- •3.8.5. Применение пт в устройстве автоматического контроля параметров радиовещательного тракта и автоматического перехода на резерв
- •4. Анализ свойств и возможностей применения пт в режиме усиления
- •4.1. Анализ нелинейных свойств пт
- •4.2. Оценка нелинейности характеристик передачи отечественных пт
- •4.3. Источники шумов пт
- •4.4. Определение шумовых параметров пт
- •4.5. Сравнение активных компонентов по уровню собственных шумов
- •4.6. Оптимизация параметров усилительных каскадов на пт
- •4.7.2. Применение пт в малошумящих усилителях
- •4.7.3. Применение пт в активных фильтрах
- •4.7.4. Каскады радиоприемников на пт в режиме усиления
- •5.2. Теория затворного детектора
- •5.3. Методика расчета затворного детектора
- •Исходные данные для расчета детектора
- •Порядок расчета
- •5.4. Анализ свойств пт в комбинированном режиме
- •5.5. Методика расчета каскада с пт в комбинированном режиме
- •5.6. Способы использования пт в комбинированном режиме
- •5.7. Практические схемы устройств техники связи с пт в режиме с прямыми токами затвора
- •5.7.1. Преобразователи длительности импульсов на пт
- •5.7.2. Электронное реле времени пригодное для интегрального исполнения
- •5.7.3. Устройство селективного вызова
- •5.7.4. Приемник многочастотного селективного вызова
- •5.7.5. Устройство контроля нескольких параметров по двум проводам
- •5.7.6. Вольтметры с пт в режиме с прямыми токами затвора
- •6. Полевые транзисторы для силовой электроники
- •6.1. Мощные полевые транзисторы
- •6.2 Транзисторы со статической индукцией
- •6.3. Мощные мдп-транзисторы с вертикальными каналами
- •6.4. Гибридные силовые транзисторы
- •6.5. Применение силовых полевых транзисторов
- •6.6.1. Применение мощных мдп-транзисторов в импульсных источниках питания
- •6.6.2. Усилители мощности на силовых транзисторах
- •7. Наноэлектронные транзисторы
- •7.1. Введение
- •7.2. Нанотранзисторы на основе структур хранения на сапфире
- •7.3. Нанотранзисторы с гетеропереходами
- •7.4. Нанотранзисторы с резонансным туннелированием
- •7.5. Нанотранзисторы на основе нанотрубок
- •Список литературы
1.3.5. Радиационная стойкость пт
Воздействие радиации на полупроводники проявляется в основном в виде двух эффектов: 1) образуются электронно-дырочные пары, 2) образуются структурные дефекты в кристаллической решетке.
Первый эффект приводит к увеличению проводимости ПП материала и возникновению неконтролируемых токов в p-n переходах. После прекращения облучения этот эффект пропадает и происходит восстановление исходных параметров ПП. Эффекты, связанные с нарушением структуры кристаллической решетки ПТ, возникают в результате того, что частица, обладающая достаточно большой энергией, выбивает атом из узла решетки. Это приводит, во-первых, к уменьшению эффективного времени жизни неосновных носителей заряда за счет увеличения концентрации рекомбинационных центров и, во-вторых, к уменьшению подвижности основных носителей заряда за счет увеличения рассеяния.
Эффекты, связанные с поверхностными явлениями и образованием электронно-дырочных пар, оказывают одинаковое действие на параметры полевых и биполярных транзисторов. Влияние структурных нарушений сказывается по-разному. Уменьшение времени жизни неосновных носителей приводит к снижению коэффициента усиления биполярных транзисторов и почти не влияет на крутизну характеристики передачи полевых транзисторов. В то же время уменьшение подвижности основных носителей заряда приводит к увеличению сопротивления канала и уменьшению тока стока и крутизны полевых транзисторов.
Структурные дефекты оказывают значительно большее влияние на уменьшение времени жизни неосновных носителей, чем на уменьшение подвижности, поэтому при одинаковых уровнях радиации изменение крутизны S полевых транзисторов значительно меньше, чем изменение коэффициента усиления биполярных транзисторов. Поэтому полевые транзисторы сохраняют свои усилительные свойства при гораздо более высоких уровнях радиации, чем биполярные. Так уменьшение крутизны на 30% от первоначального значения наблюдается при облучении ПТ потоком электронов с энергией 1 МЭВ и плотностью 1016 эл/см-2, или же потоком нейтронов с плотностью 1016 тепловых нейтронов.
Относительное изменение крутизны S полевых транзисторов, вызванное радиацией, зависит от концентрации примеси в канале, увеличении которой приводит к повышению радиационной стойкости.
Степень радиационного воздействия на полевой транзистор зависит и от материала, из которого он изготовлен. Так, при воздействии радиации кремний повреждается сильнее, чем германий. Хорошей радиационной стойкостью обладает арсенид галлия. Экспериментальные ПТ на арсениде галлия показали более высокую радиационную стойкость в сравнении с любыми другими известными.
1.3.6. Светочувствительность пт
При освещении области канала открытого кристалла ПТ в объеме полупроводника возникают электронно-дырочные пары, что при определенных условиях приводит к резкому возрастанию обратного тока p-n-перехода затвор-канал (или подложка-канал МДП-транзистора). Величина фототока, протекающего через p-n-переход, является функцией длины волны и интенсивности светового потока. Если в цепи затвора полевого транзистора включен резистор, то протекание фототока приведет к падению напряжения на нем. Последнее создает на затворе дополнительное смещение и приведет к изменению тока стока.
При замкнутом входе свет не действует заметным образом непосредственно на такие параметры, как ток стока, крутизна, напряжение отсечки и низкочастотные шумы.
Полевые транзисторы в металлическом корпусе защищены от влияния света. Бескорпусные транзисторы такой защиты не имеют. Даже при обычном освещении рабочего места (200 лк) ток затвора у бескорпусных транзисторов КП103 возрастает в среднем в три раза по сравнению с током затвора в темноте. При больших освещенностях (500 лк и более) ток затвора может возрасти на несколько порядков и достигнуть единиц микроампер.
Поэтому светочувствительность бескорпусных ПТ необходимо учитывать при разработке аппаратуры, в которой они применяются.
Следует отметить, что при включении в цепь затворов ПТ, имеющих металлические корпуса, резисторов сопротивлением 109 Ом и выше также наблюдается эффект светочувствительности. По-видимому, это объясняется прохождением света через изолятор выводов электродов ПТ. Это явление следует учитывать при разработке усилителей с высоким входным сопротивлением, в частности, электрометрических.