ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
45
При T=300 K из формулы (4) следует, что V
se об
=10
7
см / с. Дрейфовая
скорость насыщения электронов в инверсионном n-слое из- за рассеяния от
стенок n-канала V
se кан
оказывается почти в два раза меньше: V
se кан
≈(0,5÷0,6)⋅10
6
см / с [2]. Следовательно, можно считать , что V
se кон
зависит от температуры T по
формуле, аналогичной (4), но с другим коэффициентом в числителе:
600
7
.
8,01
10)4,12,1(
)(
T
канse
e
TV
+
⋅÷
=
,
см / с. (5)
Выражение (5) для V
se кан
(T) можно с высокой точностью заменить
линейной зависимостью в интервале температур 300÷450 К :
[
]
)300(00093,0110)604,05175,0()(
7
.
−−⋅⋅÷= TTV
контse
. (6)
Пороговое напряжение V
пор
(формула (3)) для мощных МОП-
транзисторов с двойной диффузией примесей в истоковых ячейках при
типичных поверхностных концентрациях акцепторов вблизи истока
N
as
(y=0)≈(5÷8)⋅10
16
см
-3
, толщинах затворного диэлектрика d
SiO2
≈0,1 мкм
можно также заменить с погрешностью не более 5% линейной зависимостью :
)300(006,0)300()(
−
−
=
TKVTV
порпор
. (7)
Подставляя в формулу (1) для тока стока насыщения I
ст нас
аппроксимации
(6) и (7), находим
)]300(00093,01[)300(
)]300(006,0)300([
.
.
2
−−⋅×
×
−
+
−
=
TKV
T
K
V
V
ZC
I
кон
se
порзиSSiOнасст
. (8)
Мощные МОП-транзисторы обычно закрепляются на хороших
теплоотводах . При этом температура корпуса транзистора оказывается близка к
комнатной : T
к
≈300 K. Тогда в формуле (8) можно считать 300 К =Т
к
, а Т –
температура истока, т.е. Т -300 К =Т
и
-Т
к
– перегрев истока относительно
корпуса. С другой стороны , этот перегрев можно выразить через постоянную
рассеиваемую прибором мощность :
кTисиснасстк T исиски
RVIRPTT
−−
=
=
−
.
, (9)
где R
Tис-к
– тепловое сопротивление исток-корпус, имеющее размерность
° С / Вт и равное перегреву (T
ис
-T
к
) при P=1 Вт. Величина R
Tис-к
зависит от
площади истоковых секций , их количества, расстояния между ними, толщины
кристалла кремния, изолирующей керамики , медного корпуса . Значения этого
параметра обычно приводятся в справочниках по МОП-транзисторам .
Подставляя в правую часть формулы (8) выражение (9), получим
уравнение для определения тока стока I
ст. нас
при заданных напряжениях V
зи
и
V
ис
с учетом разогрева МОП-транзистора протекающим током стока:
[
]
[]
к
Tис
к
ис
нас
ст
кан
se
кTискиснасстпорзиз SiOнасст
RVIKV
R
V
I
K
V
V
ZC
I
−−
−−
−×
×
+
−
=
.
.
..
00093,01)300(
006,0)300(
2
. (10)
Преобразуем выражение (10) к более простому виду:
45
7
При T=300 K из ф орм улы (4) след ует, что Vse об=10 см/с. Д рей ф овая
скорость насы щ ения э лектронов в инверсионном n-слое из-за рассеяния от
стенок n-канала Vse кан оказы вается почти вд ва раза м еньш е: Vse кан≈(0,5÷0,6)⋅106
см /с[2]. След овательно, мож но считать, что Vse кон зависитоттем пературы T по
ф орм уле, аналогич ной (4), но сд ругим коэ ф ф ициентом вчислителе:
(1,2 ÷1,4)⋅10 7
V se.к ан(T ) = T
, см /с. (5)
1+ 0,8e 600
В ы раж ение (5) д ля Vse кан (T) м ож но с вы сокой точностью зам енить
линей ной зависим остью винтервалетем ператур300÷450 К :
V se.к о нт (T ) = (0,5175÷ 0,604) ⋅10 7 ⋅[1− 0,00093(T − 300)] . (6)
Пороговое напряж ение Vпор (ф орм ула (3)) д ля м ощ ны х М О П-
транзисторов с д вой ной д иф ф узией прим есей в истоковы х ячей ках при
типичны х поверхностны х концентрациях акцепторов вблизи истока
Nas(y=0)≈(5÷8)⋅1016 см -3 , толщ инах затворного д иэ лектрика dSiO2 ≈0,1 м км
м ож но такж езаменитьспогреш ностью неболее5% линей ной зависим остью :
Vп о р (T ) = Vп о р (300K ) − 0,006(T − 300) . (7)
Под ставляя вф орм улу(1) д ля тока стока насы щ ения Iстнас аппроксим ации
(6) и(7), наход им
I ст .на с = ZC SSiO2 [V з и −V п о р (300 K ) + 0,006(T − 300)]×
. (8)
×V se.к о н (300 K ) ⋅[1− 0,00093(T − 300)]
М ощ ны е М О П-транзисторы обы чно закрепляю тся на хорош их
теплоотвод ах. При э том тем пература корпуса транзистора оказы вается близка к
ком натной : Tк≈300 K. Т ог д а в ф ормуле (8) м ож но считать 300 К =Т к, а Т –
тем пература истока, т.е. Т -300 К =Т и-Т к – перегрев истока относительно
корпуса. С д ругой стороны , э тотперегрев м ож но вы разить через постоянную
рассеиваем ую прибором м ощ ность:
Tи − Tк = Pис RTис− к = I ст .на сVис RTис− к , (9)
гд е RTис-к – тепловое сопротивление исток-корпус, им ею щ ее разм ерность
°С/В т и равное перегреву (Tис-Tк) при P=1 В т. В елич ина RTис-к зависит от
площ ад и истоковы х секций , их количества, расстояния м еж д у ним и, толщ ины
кристалла крем ния, изолирую щ ей керам ики, м ед ного корпуса. Значения э того
парам етра обы чно привод ятся всправочниках по М О П-транзисторам .
Под ставляя в правую часть ф ормулы (8) вы раж ение (9), получим
уравнение д ля опред еления тока стока Iст.нас при зад анны х напряж ениях Vзи и
Vис сучетом разогрева М О П-транзистора протекаю щ им током стока:
[ ]
I ст .на с = ZC з SiO2 V з и −Vп о р (300 K ) + 0,006I ст .на сVис− к RTис− к ×
. (10)
×V se.к а н (300 K )[1− 0,00093I ст .на сVис− к RTис− к ]
Преобразуем вы раж ение(10) кболеепростом у вид у:
