НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o279.pdf (781.53Кб)

 В работе рассмотрена возможность применения гибридной модели для аппроксима-ции вольт-амперных характеристик МОП-транзисторов в широком диапазоне температур – от криогенных до комнатных (20 … 300 К). Гибридная модель содержит наряду с физи-ческими параметрами дополнительные формальные параметры, но при этом является ана-литической и компактной. Представленная в работе гибридная модель предназначена для МОП-транзисторов, использующихся в качестве активных элементов малошумящих уси-лителей. Малошумящие усилители, в свою очередь, применяются в радиоприемных уст-ройствах оптического и инфракрасного диапазонов на астрономических спутниках, ра-диотелескопах и космических обсерваториях.
Малошумящие усилители работают как при температурах близких к комнатным, так и при низких (криогенных) температурах, поскольку охлаждение устройства позволяет увеличить его коэффициент усиления и уменьшить собственные шумы. МОП-транзисторы, предназначенные для малошумящих усилителей, имеют достаточно большие размеры канала (1 … 20 мкм). Необходимость применения гибридной модели вызвана тем, что современные модели не гарантируют высокую точность аппроксимации вольт-амперных характеристик МОП-транзисторов, имеющих сравнительно большую длину канала и работающих в широком температурном диапазоне, включая криогенные температуры.
Гибридная модель МОП-транзистора представляет собой произведение компактной аналитической модели, имеющей только физические параметры, и поправочной функции в виде двумерного степенного полинома n-го порядка. Коэффициенты поправочной функции фактически являются формальными параметрами гибридной модели и определяются без использования методов нелинейной оптимизации.
Показано, что гибридная аналитическая модель, позволяет аппроксимировать экспе-риментальные вольт-амперные характеристики МОП-транзисторов с относительной сред-неквадратической погрешностью менее 0,1 % независимо от температуры, при которой проводились измерения. Выигрыш от применения гибридной модели будет тем больше, чем меньше точность исходной аналитической модели. Наибольшее повышение точности достигается для транзисторов предназначенных для работы в качестве активных элемен-тов малошумящих усилителей при криогенных температурах.

1. Григорьев Е.В., Дмитриев А.С., Ефремова Е.В., Кузьмин Л.В. Генератор хаоса на полевом транзисторе. Математическое и схемотехническое моделирование // Радиотехника и электроника. 2007. Т . 52, № 12. С . 1463 - 1471.
2. Fanson J.L., Fazio G.G., Houck J.R., Kelly T., Rieke G.H., Tenerelli D.J., Whitten T. Space Infrared Telescope Facility (SIRTF) // Proceedings of SPIE. 1998. Vol. 3356. P. 57-65. DOI:10.1117/12.324471
3. Nagata H., Shibai H., Hirao T., Watabe T., Noda M., Hibi Y., Kawada M., Nakagawa T. Cryogenic Capacitive Transimpedance Amplifier for Astronomical Infrared Detectors // IEEE Transactions on Electron Devices. 2004. Vol. 51, no. 2. P. 270-278. DOI:10.1109/TED.2003.821764
4. Tsividis Y.P., Suyama K. MOSFET modeling for analog circuit CAD: Problems and prospects // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1994. Vol. 29, no. 3. P. 210-216. DOI:10.1109/4.278342
5. Kan J., Weifeng S., Longxing S. A sub-circuit MOSFET model with a wide temperature range including cryogenic temperature // Journal of Semiconductors. 2011. Vol. 32, no. 6. Art no. 064002. DOI: 10.1088/1674-4926/32/6/064002
6. Денисенко В.В. Компактные модели МОП-транзисторов в микро- и наноэлектронике. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 408 с.
7. Бирюков В.Н., Пилипенко А.М., Семерник И.В. Таблично-аналитическая модель полевого транзистора для криогенных температур // Инженерный вестник Дона. Электронный научный журнал. 2012. № 4-2. Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1402 (дата обращения 24.07.2014).
8. Бирюков В.Н., Пилипенко А.М. Диагностика нелинейных статических моделей диода // Радиотехника и электроника. 2009. T . 54, № 5. C . 604-610.
9. Пилипенко А.М. Бирюков В.Н. Исследование параметров полевых транзисторов с изолированным затвором при низких температурах // Успехи современной радиоэлектроники. 2011. № 9. С. 66-70.