пиальное ограничение на быстродействие транзистора. Строго говоря, канал МДП транзистора следует рассматривать как распределенную RC-счстему. Однако удобнее в первом приближении охарактеризовать инерционность этой системы постоянной времени, т. е. уподобить канал простейшей /?С-цепочке. В качестве элементов такой цепочки можно принять емкость затвора (5-64) и сопротивление канала (5-69). Тогда постоянная времени канала (она же постоянная времени крутизны) будет иметь вид:

Т5-/?оСз- ,(1) (5-86)

Как видим, это по существу обратная величина добротности (5-65). Для улучшения переходных и частотных свойств МДП транзистора нужно в первую очередь уменьшать длину канала, а также увеличивать приповерхностную подвижность. При обычной длине канала 5-10 мкм граничная частота крутизны (1/2 лх) лежит в пределах 100-300 МГц. Однако при ультракоротких (доли микрона) каналах удается обеспечить граничные частоты до 10-20 ГГц. На эквивалентной схеме параметры Сд и Ro не показаны, так как их влияние отражено операторным или комплексным характером крутизны S. В типичных случаях емкость затвора составляет десятые доли пикофарады (иногда 1-2 пФ), а сопротивление канала - сотни ом.

Переходя к температурным зависимостям, можно отметить, что МДП транзисторы, как и унитроны (см. стр. 292), характерны наличием так называемого критического тока 1с.кр, при котором температурная чувствительность тока dIJdT равна нулю. Значение критического тока (или соответствующего ему напряжения t/g - Uo) получается путем дифференцирования выражений (5-60) или (5-73), с учетом зависимостей b (Г) и t/ц (Т). Показано [100] что зависимость b (Т) связана с функцией р, (Т), а зависимость Uq (Т) - с функцией ср;; (Т). В результате анализа, с учетом выражений (1-32) и (1-13), оказывается, что условие dIJdT = О соответствует эффективному напряжению на затворе:

t/3-t/o = (0.8-2,4) В

(минимальное значение соответствует концентрации примеси в подложке 10® см , максимальная - концентрации 10 см~). Обычно ток /с.кр в 5-10 раз меньше номинального тока . В диапазоне 4 > h.Kp (в частности, в номинальном режиме) dIJdT > О, а в области микрорежима (/ < /с.кр). наоборот, dIJdT < 0.

На практике температурную стабильность МДП транзисторов характеризуют чаще не приращением тока А/,., а эквивалентным приращением потенциала затвора Af/g, которое обеспечивает постоянство тока /с при изменениях температуры. Оба приращения связаны очевидным соотношением

* Номинальным считают ток, соответствующий напряжению U - Uq - Uo> с учетом (5-60) /яом= ЬШ,

д1 5Д{; . Отсюда величина температурной чувствительности (т. е. производной dU /dD-связана с температурной чувствительностью e (т. е, производной dijdf) соотношением

£у = у. (5-87)

Для токов, близких к критическому, характерны значения =± 0,5 мВ/С, для сверхрфитических токов (в частности, номинальных) е= -f- (8 - 10) мВ/С, а для субкритических (в 10-20 раз меньших критического) 8j= - (4- - 6) мВ/°С.

Проводя аналогичный анализ применительно к крутизне, нетрудно убедиться, что мон.но получить е$ ~ О, но при меньшем токе, чем /с.кр. В обоих случаях осложняющим обстоятельством является то, что малая или нулевая е получается ценою снижения временной стабильности рабочей точки, так как критические напряжения {Us - Uo)kp оказываются малыми по сравнению с напряжением t/o и дрейф последнего сильно сказывается на разности Us - U. Более подробные сведения о температурном и временном дрейфе можно найти в [109, 100].

В заключение отметим тенденцию к уменьшению порогового напряжения МДП транзисторов с тем, чтобы приблизить их напряжения питания к напряжениям питания биполярных транзисторов в интегральных схемах (3-5 В). За последнее время на этом пути достигнуты большие успехи. Одним из новых методов является замена алюминия в качестве электрода затвора на материалы, обеспечивающие меньшую контактную разность потенциалов с кремнием [см. (5-53)1. Например, используется молибден или поликристаллический кремний, который при достаточном легировании имеет сравнительно небольшое удельное сопротивление. Такие приборы называют МДП транзисторами с молибденовым или кремниевым затвором [110]. Их пороговые напрян.ения доходят до 0,5-1 В.

Схемы включения. МДП транзистор, как и биполярный (и как любой другой активный трехполюсник), может включаться тремя разными способами. По аналогии со схемами ОЭ, ОК и ОБ у биполярных транзисторов (см. рис. 4-4) у МДП транзисторов различают схемы с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ) (рис. 5-35). Первая, наиболее распространенная, подробно исследована выше. Для остальных двух ограничимся краткими замечаниями.

Схема ОС лежит в основе истоковых повторителей, которые, как и jxpyrm повторители, характерны повышенным входным и пониженным выходным сопротивлениями (по сравнению с основной схемой ОИ), а также коэффициентом передачи напряжения, близким к единице. В схеме ОС выходное сопротивление (со стороны истока) нетрудно найти, задавая на выходе некоторое напряжение AU и определяя соответствующий ток А/ ~ А/ц. Поскольку Потенциалы 0 и U неизменны, получаем:

lAf/3Hl = iAf/o = Af/.

Подставляя эти значения в формулу

(5-88)

и используя соотношение (5-61), запишем выходное сопротивление AU/AI в следующем виде:

i?Bb,xOC = -?V- (5-89а)

11+1

При условии fi 1, которое всегда вьшолняется,

АвыхОСс*

(5-896)

Входное сопротивление в схеме ОС (без нагрузки в цепи истока), разуместся, равно R.

зо Вход

Выход

Вход О о--

б) с

-о о-и и

Выход Вход

Выход L.-о

Рис. 5-35. Схемы включения МДП транзистора, а - с общим истоком; б - с общим стоком; в с общим затвором.

Схема 03, как и схема ОБ, обычно не имеет самостоятельного значения, но находит применение в качестве компонента сложных усилительных схем, например так называемых каскадов (см. § 10-4). Она характерна низким входным сопротивлением, которое (как легко видеть из сравнения схем 03 и ОС) равно выходному сопротивлению в схеме ОС. Поэтому, учитывая (5-89), запишем:

г. Rl

Adx ОЗ == Q-

(5-90)

Что касается выходного сопротивления, то в схеме 03 оно такое же, как и в схеме ОИ, т. е. равно Ri. Это легко показать с помощью (5-88), учитывая, что при определении в схеме 03 потенциалы f/ и остаются постоянными, т. е. Af/зи = 0.