場效應晶體管的特征頻率及提高ft的措施-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-03-30
在給定的發射中用于識別和測量頻率，例如載波頻率可被指定為特征頻率。
對于元器件而言，特征頻率是指其主要功能下降到不好使用時的一種截止頻率。例如，對于用作為放大的有源器件——雙極型晶體管以及場效應晶體管而言，特征頻率就是指其電流放大系數下降到1時的頻率，這是共發射極組態作為放大使用的截止頻率。
對于用作為檢波、開關等的無源二極管而言，其特征頻率就是指其阻抗下降到很小、不能吸收信號功率時的頻率，這時的截止頻率也就是其特征頻率。
場效應管（JFET、MOSFET、HEMT）的特征頻率ft是指共源、輸出端短路、電流放大系數為1（即輸入電流=輸出電流） 時的頻率，也稱為共源組態的增益-帶寬乘積；它主要由柵極電容Cg來決定。
由簡化的小信號高頻等效電路可以給出有ft = gm / 2πCg = 1 / 2π τ，即ft決定于柵極下載流子的渡越時間τ。
對于長溝道（μ為常數） 的器件：τ = L /μEy ≈ L2 /μVds，則ft = μ Vds / 2πL ；對于短溝道（漂移速度飽和為vs) 的器件：τ = L / vsL ，則ft = vs L / 2πL。
若再計入寄生電容CL，則截止頻率為 ft = gm / [2π（Cg+CL)] = （1 / 2 π τ） [1 + (CL / Cg)]-1。
提高場效應晶體管ft的措施：增大跨導gm、減小柵電容Cg、減短溝長L、增大遷移率μ或飽和漂移速度vs。
對HEMT（高電子遷移率晶體管），由于HEMT的控制層厚度可以制作得比較小，則Cgs 比較小（即gm 比較大），從而有較高的截止頻率和較快的工作速度。
BJT的特征頻率ft就是其共發射極組態的電流放大系數大小│β│下降到1時的頻率，又稱為晶體管的增益-帶寬乘積。
若βo是低頻時的電流放大系數，fβ是所謂β截止頻率，則在 f >> fβ 時可有│β│f = βo fβ = ft。因此，只要在高于fβ的頻率下測得│β│，就可以得到ft。
BJT的特征頻率ft可用電子從發射極到集電極之間的有效渡越時間τec來表示為：
ft = （2 π τec)-1 ，式中τec =τE +τB +τD +τC，τE = (kT/q Ic) CjE 是發射結的充電時間，τB ≈τF 是電子渡越中性基區的時間，
τF是移走基區和發射區中存儲電荷所需要的時間 (略大于τB），τC = (kT/qIc + rc)CjC是集電結的充電時間，τD = Xdc / vs是電子以飽和漂移速度vs渡越集電結耗盡層Xdc的時間；
對ft起決定作用的因素一般主要是τB ，其次是結電容（特別是集電結電容）。ft與晶體管的工作點有關，故在使用晶體管和測試ft時，都需要合理地選擇工作點。
提高BJT特征頻率的措施是：
①在ft不很高時往往是τB起主要作用，則要求減小基區寬度 （采用淺結工藝制作薄基區）、增大基區電場因子η（提高基區中在發射結一側的摻雜濃度和提高發射區雜質分布的陡峭度以減小阻滯場，但若摻雜濃度太高反而會使擴散電子系數減小，故η一般控制在3~6之間）；
②在ft較高時，基區寬度必然很小，τB較短，則必須考慮τE、τD和τC 的影響，因此要求減小發射結的動態電阻 （選用較大的集電極電流） 和勢壘電容（減小發射結面積）、減小集電結的勢壘厚度 （可降低集電區電阻率，但要兼顧擊穿電壓）、減小集電極的串聯電阻rC （降低集電區的電阻率）和勢壘電容Cjc （減小集電結面積）。
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