MOS場效應(yīng)晶體管的特征頻率

基本概念：

在給定的發(fā)射中用于識(shí)別和測量頻率，例如載波頻率可被指定為特征頻率。

對(duì)于元器件而言，特征頻率是指其主要功能下降到不好使用時(shí)的一種截止頻率。例如，對(duì)于用作為放大的有源器件一雙極型晶體管以及場效應(yīng)晶體管而言，特征頻率就是指其電流放大系數(shù)下降到1時(shí)的頻率，這是共發(fā)射極組態(tài)作為放大使用的截止頻率。MOS管的特征頻率。對(duì)于用作為檢波、開關(guān)等的無源二極管而言，其特征頻率就是指其阻抗下降到很小、不能吸收信號(hào)功率時(shí)的頻率，這時(shí)的截止頻率也就是其特征頻率。

（1）MOS場效應(yīng)晶體管的特征頻率

場效應(yīng)管（JFET、MESFET、HEMT）的特征頻率ft是指共源、輸出端短路、電流放大系數(shù)為1（即輸入電流=輸出電流）時(shí)的頻率，也稱為共源組態(tài)的增益-帶寬乘積；它主要由柵極電容Cg來決定。由簡化的小信號(hào)高頻等效電路可以給出有ft=gm/2mCg=1/2mT，即ft決定于柵極下載流子的渡越時(shí)間T。

對(duì)于長溝道（u為常數(shù)）的器件：T=L/μEy~L2/μVds，則ft=uVds/2TL；對(duì)于短溝道（漂移速度飽和為vs）的器件：T=L/vsL，則ft=vs L/2mL。若再計(jì)入寄生電容CL，則截止頻率為ft=gm/[2m（Cg+CL）]=（1/2TT）[1+（CL/Cg）]-1。

提高場效應(yīng)晶體管ft的措施是：

增大跨導(dǎo)gm、減小柵電容Cg、減短溝長L、增大遷移率或飽和漂移速度vs。

對(duì)HEMT（高電子遷移率晶體管），由于EMT的控制層厚度可以制作得比較小，則Cgs（即gm）比較大，從而有較高的截止頻率和較快的工作速度。

（2）雙極型晶體管的特征頻率

BJT的特征頻率ft就是其共發(fā)射極組態(tài)的電流放大系數(shù)大小|βI下降到1時(shí)的頻率，又稱為晶體管的增益-帶寬乘積。若βo是低頻時(shí)的電流放大系數(shù)，fβ是所謂β截止頻率，則在f>〉fβ時(shí)可有IBIf=βo fβ=ft。因此，只要在高于fβ的頻率下測得|β1，就可以得到ft。

BJT的特征頻率ft可用電子從發(fā)射極到集電極之間的有效渡越時(shí)間Tcc來表示為：ft=（2T T cc）-1，式中T cc=T E+T B+T D+r C，TE=（kT/q Ic）CjE是發(fā)射結(jié)的充電時(shí)間，TBTF是電子渡越中性基區(qū)的時(shí)間，TF是移走基區(qū)和發(fā)射區(qū)中存儲(chǔ)電荷所需要的時(shí)間（略大于TB），TC=（kT/qIc+rc）CjC是集電結(jié)的充電時(shí)間，TD=Xdc/vs是電子以飽和漂移速度vs渡越集電結(jié)耗盡層Xdc的時(shí)間；MOS管的特征頻率。對(duì)ft起決定作用的因素一般主要是TB，其次是結(jié)電容（特別是集電結(jié)電容）。ft與品體管的工作點(diǎn)有關(guān)，故在使用晶體管和測試ft時(shí)，都需要合理地選擇工作點(diǎn)。

提高BJT特征頻率的措施是：

①在ft不很高時(shí)往往是TB起主要作用，則要求減小基區(qū)寬度（采用淺結(jié)工藝制作薄基區(qū)）、增大基區(qū)電場因子n（提高基區(qū)中在發(fā)射結(jié)一側(cè)的摻雜濃度和提高發(fā)射區(qū)雜質(zhì)分布的陡峭度以減小阻滯場，但若摻雜濃度太高反而會(huì)使擴(kuò)散電子系數(shù)減小，故n一般控制在3~6之間）；

②在ft較高時(shí)，基區(qū)寬度必然很小，TB較短，則必須考慮TE、TD和TC的影響，因此要求減小發(fā)射結(jié)的動(dòng)態(tài)電阻（選用較大的集電極電流）和勢壘電容（減小發(fā)射結(jié)面積）、減小集電結(jié)的勢壘厚度（可降低集電區(qū)電阻率，但要兼顧擊穿電壓）、減小集電極的串聯(lián)電阻rC（降低集電區(qū)的電阻率）和勢壘電容Cjc（減小集電結(jié)面積）。MOS管的特征頻率。
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