СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №7/2015

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 74 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2015 V m V p С gs В A С 2 С 1 С 0 Действующее (собственное) V gs но была доработана для применения к технологии GaN. На той же высокоча- стотной нагрузочной кривой одномер- ная модель входной ёмкости C gs , пока- занная на рисунке 9, сильно зависит от напряжения на затворе. Нелиней- ность напряжения затвора значитель- но влияет на частотную характеристи- ку модели. Ёмкость может быть смо- делирована следующим уравнением: . (6) Выходная ёмкость C ds линейна; зави- симость от напряжения не учитывает- ся из-за слабого влияния на конечное усиление. Э ФФЕКТЫ ЗАХВАТА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА НА ЛОВУШКАХ Для экстракции нелинейной модели также используют импульсные измере- ния ВАХ для выделения эффекта захва- та носителей заряда на ловушках в зави- симости от выбранной рабочей точки. Эффекты захвата являются паразит- ными эффектами, снижающими мак- симальный выходной ток. Заряд и раз- ряд ловушек влияют на значение тока I ds и ведут к резкому спаду тока. Ловушки представляют собой энергетические состояния в запрещённой зоне, кото- рые могут быть заняты дырками или электронами. Электроны или дырки занимают эти уровни на определён- ный период времени и не принима- ют участие в проводимости. Отсюда и появился термин «захват носителей на ловушках». Захват носителей на ловушках является результатом суще- ствования примесей и дефектов в кри- сталлической решётке материала тран- зистора и влияет на работу транзисто- ра на сверхвысоких частотах. Импульсные измерения ВАХ исполь- зуются для изучения отдельных эффек- тов захвата носителей и позволяют отделить эффекты поверхностного захвата (задержки включения транзи- стора по затвору) от эффектов захвата в буферном слое (задержки включения по стоку). При выполнении импульс- ных измерений ВАХ важно убедиться, что длительность импульсов меньше постоянной времени эмиссии ловушек. Также во время проведения измере- ний важно поддерживать постоян- ную температуру, чтобы быть уверен- ными в том, что изменения в поведении устройства происходят из-за эффекта захвата носителей на ловушках, а не из-за изменения температуры. Эффект задержки на затворе свя- зан, главным образом, с поверхност- ным захватом носителей заряда на ловушках. Для того чтобы выделить эти эффекты среди прочих, проводят- ся две серии измерений с одинаковыми мощностями рассеяния, равными нулю. При проведении импульсных измере- ний ВАХ выбираются следующие две фиксированные рабочие точки: ● QP 1 : V gs0 = V p , V ds0 = 0 В; ● QP 2 : V gs0 = 0 В, V ds0 = 0 В. Здесь V p – напряжение отсечки затво- ра. Так как мощности рассеяния при измерениях равны нулю, то любые различия между характеристиками ВАХ могут быть объяснены наличием задержки на затворе. Задержка на стоке связана, в основ- ном, с захватом носителей заряда на ловушках в буферной зоне. Для того чтобы отделить эти эффекты проводят- ся также две серии измерений с одина- ковыми мощностями рассеяния, равны- ми нулю. При проведении импульсных измерений ВАХ выбираются следую- щие две рабочие точки: ● QP 1 : V gs0 = V p , V ds0 = 0 В; ● QP 3 : V gs0 = 0 В, V ds0 >> 0 В. Примеры типичных ВАХ с эффекта- ми задержки на затворе и стоке пока- заны на рисунке 10. Паразитные эффекты захвата носи- телей на ловушках могут быть смоде- лированы с помощью эквивалентной схемы, состоящей из цепей, модели- рующих задержки на затворе и сто- ке, которые управляются напряже- нием на затворе [15] для учёта влия- ния этих эффектов на выходной ток. Гистерезис задержек включения мож- но смоделировать схемой, содержа- щей диоды, которые отражают несим- метричность времени захвата и вре- мени эмиссии [16]. И ЗМЕРЕНИЯ МЕТОДОМ СОГЛАСОВАННЫХ НАГРУЗОК ДЛЯ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ КОРРЕКТНОСТИ МОДЕЛИ Измерения методом согласованных нагрузок проводят для проверки и под- тверждения корректности компактной модели транзистора при сопротивле- нии, отличном от 50 Ом, путём измене- ния импедансов в тракте транзистора с последующим сравнением измерен- ных и смоделированных параметров. V m V p С gd Устройства на GaN В A С 2 С 1 С 0 Действующее (собственное) V gd Рис. 8. Нелинейная ёмкость C gd Рис. 9. Нелинейная ёмкость C gs Задержка на затворе: уменьшение тока стока Задержка на стоке: увеличение напряжения Vknee (V gs0 = 0 В, V ds0 = 0 В) (V gs0 = –4 В, V ds0 = 0 В) 0 0,0 1,0 0,5 1,5 2,0 10 20 30 V ds , В I ds , А 40 50 60 70 (V gs0 = –4 В, V ds0 = 0 В) (V gs0 = –4 В, V ds0 = 30 В) 0 0,0 1,0 0,5 1,5 2,0 10 20 30 V ds , В I ds , А 40 50 60 70 Рис. 10. Эффекты захвата носителей на ловушках © СТА-ПРЕСС