((Ус) Б следующем виде:

2 t/3/2 (t/3 + t/j3/2-,

r/1/2

(5-27)

Здесь через /?ко обозначено минимальное дифференциальное сопротивление канала (т. е. dUJdl при L/3 = О и И - 0):

г, pL

л ко -

(5-28)

Если L = 20 мкм; а = 2 мкм; Z = 1 мм и р = 2 Ом см, то : 200 Ом.

Семейства характеристик 1 (U) к 1 (f/3) показаны на рис. 5-16. Ток насьшд,ения получается подстановкой t/e из (5-26) в (5-27):

/ - -

с.н - п <ко

;-.о-/з(1-А-)]. (5-29)

Поскольку участок насыщения является основным рабочим участком, определим крутизну S именно в этой области. Дифференцируя (5-29) по Us, получаем :

(5-30)

Для = 200 См и f/з 0,5 f/зо находим: S 1,5 мА/В.

Дифференциалыюе сопротивление в области насыщения согласно (5-29) равно бесконечности. Практически оно может составлять несколько мегаом Конечная величина обусловлена модуляцией длины канала (см. выше): с ростом U длина L уменьшается, уменьшается сопротивлением R [см. (5-28)1 и ток / согласно (5-29) несколько возрастает. В ненасыщенном режиме величины и S легко найти из (5-27).

Переходя к оценке быстродействия унитрона, напомним, что его работа не связана с инжекцией неосг-говных носителей и распространением их до коллектора. Инерционность унитрона обусловлена зарядом барьерной емкости перехода. Оценим влияние этого фактора.

Емкость перехода заряжается через сопротивление канала. При этом разные участки емкости заряжаются через разные сопротивления в зависимости от расстояния данного участка от истока (рис. 5-17). Чтобы не усложнять анализа, примем, что канал имеет одинаковое сечение Zw на всем протяжении . Тогда емкость р-п пе-

Знак минус в определении крутизны обусловлен тем, что под I/, понимается абсолютная величина (см. сноску на с. 285). Заметим,- что кру-тазна при нулевом напряжении на затворе равна максимальной проводимости канала: So= l/R,.

Такое предположение оправдано тем, что распределение потенциала в канале близко к линейному. Соответственно толщина канала w (х) согласно (5-25) и рис. 5-15 меняегся слабо, за исключениел! области, прилежащей к стоку.

рехода и среднее сопротивление канала будут иметь следующие значения:

СФЩ : (5.31а)

(а-да)

к=ОМ. (5-316)

Постоянная времени затвора будет равна произведению этих параметров:

Постоянная времени Тд зависит от толщины w, которая согласно (5-25) является функцией напряжения f/g. Минимальное значение Тд

получается при условии w =

Затвор

= al2, т. е. при t/g = UJ-Тз.ми = 2Еоер. (5-326)

Для ранее использованных

о с п п значений р, L и с получаем

Рис. 5-17. Процесс заряда емкости за- П н

твора в унитроне. з.мин С.

В заключение заметим, что в режиме насыщения вольт-амперная характеристика (5-29) хорошо аппроксимируется более простой квадратичной характеристикой [97]:

Дифференцируя (5-ЗЗа), получаем выражение для крутизны:

5 = ?;%=. (5-336)

Разновидности унитронов. Плоскостные унитроны сами по себе имеют несколько конструктивно-технологических вариантов (например, слой затвора можно получать путем вплавления, диффузии или эпитаксии). Однако известны и унитроны не плоскостного типа. К ним относятся текнетрон и алкатрон.

Текнетроп характерен цилиндрической конструкцией (рис. 5-18) с вытекающими отсюда количественными особенностями. Такая конструкция униполярного транзистора была предложена в 1958 г.

Анализ текнетрона вьшолняется в той же последовательности, что и анализ унитрона. Если обозначить через а максимальный диаметр канала, то в результате анализа получаются следующие основные выражения (см. [98], а также 2-е изд. данной книги).

Термин текнетрон происходит от первых двух букв фамилии автора (С. Тезнера) и четырех букв (CNET) сокращенного названия фирмы, в которой была проведена разработка.

, чВольт-ампериая (стоковая) характеристика имеет вид:

1 1/с

ко t/зо

Подставляя сюда напряжение насыщения из (5-26), получаем:

(зп-/з)

Крутизна характеристик на рабочем участке

at/з

В приведенных выражениях минимальное сопротивление канала

о pi

(5-34)

(5-35)

(5-36)

(5-37)

Исток

Затвор

Канал (п-слой.)

Сток

Рис. 5-18. Упрощенная конструкция текнетрона.

Это есть сопротивление цилиндра с диаметром а и высотой L. Напряжение отсечки выражается следующим образом:

(5-38)

В текнетроне в отличие от унитрона напряжение затвора I/3 меняет сечение канала со всех сторон . Отсюда следует, что сечение канала при насыщении стягивается не в линию, как у унитрона, а в точку, и следовательно, рассеяние выделяемой мощности более ограниченное.

Значения емкости затвора и среднего сопротивления канала в оптимальном случае оказываются равными:

Сз=-5- 3XEoeL;

а минимальная постоянная времени затвора с учетом (5-37) имеет вид:

Т3.МИН- L3<K- g д2

(5-39а) (5-396)

(5-40)

Алкатрои характерен кольцевой структурой. Представим себе, что унитрон (см. рис. 5-13, а) вращается вокруг оси у, проходящей через сток. Тогда последний превратится в диск, расположенный в центре конструкции, а затвор и исток превратятся в концентрические кольца, окружающие сток. Такой кольцевой вариант униполярного транзистора (рис. 5-19), предлонсенный в 1960 г., назван алкатроном [99]. Помимо кольцевой структуры особенностью алкатрона является наличие четвертого электрода - престриктора, который существенно улучшает многие параметры прибора.