дательной обратной связи. Этот эффект уменьшения коэффициента с ростом сопротивления канала легче всего понять, если обратиться к эквивалентной схеме, показанной на рис. 2.8.

Более того, очевидно, что чем больше сопротивление канала, тем меньше произведение полосы на коэффициент усиления, т. е.

показатель качества полевого транзистора и, как следствие этого, максимальная рабочая частота прибора. Детально эта проблема обсуждается в гл. 10.

2.4.1.2. Сравнение цилиндрического и планарного полевых транзисторов. Графики на рис. 2.6 наглядно показывают преимущества цилиндрического ПТ перед планарным. У нас была возможность изучить и сравнить их структуры,чтобы прийти к пониманию основного преимущества, обеспечиваемого цилиндрическим полевым транзистором.

Исток

зи с и

Рис. 2.8. Влияние сопротпвления не перекрытой затвором части канала ПТ с управляющим р-п переходом на коэффициент усиления

Из рис. 2.7 очевидно, что с понижением напряжения отсечки при заданном токе насыщения сопротивление канала тоже уменьшается. Уменьшение сопротивления канала приводит к увеличению крутизны и, «более того, к увеличению произведения полосы на коэффициент усиления, т. е. показателя иачесива ПТ. И действительно, взглянув ва рис. 2.9, мы

1 111

\ 7 л /

Рис. 2.9. Упрощенные структуры цилиндрического (о) и планарного (б) ПТ с управляющим р-п переходом (очевидно, что у первого из них канал перекрывается

при меньшем напряжении на затворе, чем у второго)

чисто эмпирически можем заключить, что цилиндрическая форма поперечного сечения канала обеспечивает меньшее напряжение отсечки, чем у планарного ПТ с такими же площадью поперечного сечения и током насыщения. Поскольку в планарном ПТ ширина канала W не зависит от смещения затвора, вызывающего расширение обедненной области под затвором, то канал цилиндри-

ческого ПТ будет сужаться быстрее, чем канал планарного. Следовательно, при одинаковых площадях поперечного сечения и поперечных размерах (а=г) цилиндрический ПТ обладает более высокой крутизной.

С помощью такого же феноменологического анализа можно показать, что цилиндрический ПТ имеет лучший показатель качества благодаря меньшему сопротивлению канала, более высокую крутизну и меньшую входную емкость (емкость затвор - исток).

Чисто интуитивно можно предположить, что цилиндрический ПТ, конструкция которого показана на рис. 2.9,а, обладает плохими тепловыми свойствами, и это так на самом деле. Одноканаль-ный цилиндрический ПТ очень сильно уступал бы своему планар-ному аналогу. Однако многоканальный ПТ с каналами цилиндрической формы должен быть свободен от этого недостатка, если он имеет конструкцию, показанную на рис. 2.10. На этом рисунке схематически изображен вертикальный ПТ, имеющий многоканальную структуру с электродом стока, установленным непосредственно на соответствующем радиаторе.

Эпитаксиальное выращивание

Напыленный Напыленный контакт контакт истока

затвора

Исток

Сток

Затвор

Рис. 2.10. Упрощенное изображение структуры цилиндрического ПТ с управляющим р-п переходом, имеющего много каналов для уменьшения теплового сопротивления прибора

Рис. 2.111. Поперечное сечение «щеточной» структуры гридистора, изготовленной эпи-таксиальным выращиванием. (Воспроизводится из статьи Тешнера и Жикеля «Гридистор - новый полевой прибор». - ТИИЭР, 1964, т. 52, № 12.)

Воспользовавшись идеей этой новой цилиндрической конст--рукции, можно разработать мощный ПТ с управляющим р-п переходом. В подразд. 1.3.1 мы уже рассказали об успешном решении проблемы достижения высокой рабочей частоты. Цилиндрическая структура позволяет получить показатель качества, который на порядок величины превосходит показатель качества обычных планарных ПТ с управляющим р-п переходом. Это преимущество подтверждается графиками на рис. 2.6, где крутизна цилиндрического намного превышает крутизну обычного планарного ПТ. Если даже предположить равенство паразитных емкостей цилиндрической и планарной структур, то и тогда рост показате-

ля качества очевиден. Однако с учетом того, что цилиндрическая структура одновременно способствует уменьшению паразитных емкостей, оказывается, что цилиндрический ПТ обеспечивает еще больший выигрыш в показателе качества.

Далее в этой главе мы познакомимся с несколькими конструкциями мощных ПТ, основанных на новой циливдричеокой геометрии. Если мы вернемся к первым работам Тешнера и Зулига, то обнаружим, что и гридистор, и многоканальный ПТ имеют очень много общего с цилиндрическим ПТ, предложеввым Вегеве-ром 1в более ранвсй работе.

Так как задача даввой книги-оценка характеристик и областей применения мощных ПТ, то мы проведем не очень подробное изучение конструктивных особеввостей этих и других приборов. При анализе различных мощвых ПТ будем останавливаться только на тех деталях разрйботки и элементах ковструкции, которые помогут вам глубже понять их сильные и слабые стороны, а также выявить их пригодность для различных применений.

2.4.2. Гридистор

Тешнер предложил конструкцию прибора, сочетающую преимущества биполярного и полевого транзисторов. Его задача состояла в повышении показателя качества ПТ, чтобы сделать его более пригодным для использования в быстродействующих интегральных схемах.

Если мы рассмотрим упрощенное поперечное сечение гридис-тора, показанное на рис. 2.11, то увидим, что по своей структуре он напоминает классический биполярный п-р-п транзистор. Тешнер разработал уникальную структуру, создав решетку из материала р-типа в материале п-типа, которая может работать как биполярный или как полевой транзистор при изменении напряжения смещения затвора.

Чтобы такой гридистор работал как ПТ с управляющим р-п переходом, на его затвор нужно подать отрицательное напряжение, что тривбдет к образованию обедненной области, отличающейся от обедневвых областей, xapiaKTepHbix для обычных ПТ (рис. 2.12).

В отличие от планарного ПТ гридистор имеет очень короткий канал. Если в планарном ПТ длина канала в той или иной степени зависит от нескольких фотолитографических и диффузионных операций, то в гридисторе длина канала определяется только операцией диффузии. Чтобы лучше понять различия между гри-дистором и планарным ПТ, следует сравнить рис. 2.12 и 1.2,а.

Благодаря исключительно короткому каналу, характерному для ПТ, канал которого сжимается со всех сторон к центру, канал гридистора не перекрывается с увеличением напряжения стока. Следовательно, ток стока не достигает насыщения, а продолжает расти с увеличением напряжения сток - исток, вследствие чего выходные характеристики гридистора схожи с характерис-