Глава 2.5

Эквивалентная схема и быстродействие МДП транзистора

Исходя из общефизических соображений, МДП транзистор можно изобразить в виде эквивалентной схемы, представленной на рис.2.5.1. Здесь R_ВХ обусловлено сопротивлением подзатворного диэлектрика; входная емкость С_ВХ - емкостью подзатворного диэлектрика и емкостью перекрытия затвор-исток. Паразитная емкость С_ПАР обусловлена емкостью перекрытий затвор-сток. Выходное сопротивление R_ВЫХ равно сопротивлению канала транзистора и сопротивлению легированных областей истока и стока. Выходная емкость С_ВЫХ определяется емкостью р-n перехода стока. Генератор тока  , передает эффект усиления в МДП транзисторе.

Рис. 2.5.1. Простейшая эквивалентная схема МДП транзистора.

Определим быстродействие МДП транзистора, исходя из следующих соображений. Пусть на затвор МДП транзистора, работающего в области отсечки, так что V_GS = V_DS = V_ПИТ.

Пусть на вход подано малое переменное напряжение   .

Тогда за счет усиления в стоковой цепи потечет ток  

.

(2.5.1)

Одновременно в канал с электрода затвора потечет паразитный ток смещения через геометрическую емкость затвора, равный

.

(2.5.2)

С ростом частоты выходного сигнала f паразитный ток будет возрастать и может сравниваться с током канала за счет эффекта усиления. Определим граничную частоту работы МДП-транзистора f= f_макс, когда эти точки будут равны. Получаем с учетом (2.4.4)

.

(2.5.3)

Поскольку напряжение исток-сток V_DS порядка напряжения V_GS - V_T, то, используя определение дрейфовой скорости,

,

(2.5.4)

можно видеть, что предельная частота усиления f_макс определяется временем пролета   электронов через канал транзистора

,

(2.5.5)

Оценим быстродействие транзистора. Пусть   = 500 см²/Вс, длина канала L = 10мкм =10^-3 см, напряжение питания V_ПИТ = 10В. Подставляя эти значения в (2.5.3), получаем, что максимальная частота для МДП-транзистора составляет величину порядка f_макс ~ 1ГГц. Заметим, что собственное быстродействие транзистора обратно пропорционально квадрату длины инверсионного канала. Поэтому для повышения быстродействия необходимо переходить на субмикронные длины канала.