非线性双极晶体管模型的研究

本文对非线性双极晶体管的模型进行了研究,非线性晶体管模型对微波CAD和无线电系统仿真都是非常关键的。本文采用等效电路模拟非线性双极晶体管,给出了等效电路模型及模型参数,并用这些参数描述了非线性双极晶体管工作过程中的直流特性和各种效应:基区宽度调制效应、电荷储存效应;正向电流增益(BF)随电流的变化以及温度的影响等。为准确地建立不同用途双极晶体管的模型提供了依据。     

12千兆赫的砷化镓肖特基势垒栅场效应晶体管电路模型

给出了砷化镓肖特基势垒栅场效应晶体管(MESFET)的一种新的等效电路(包括反馈元件的电阻损耗)。给出了几个1微米栅砷化镓MESFET的电路值。描述了使S_(12)符合于测量数据的一种方法。最后,由本模型直到24千兆赫外推出几个砷化镓MESFET的增益和稳定因子。     

二维非等温的分布晶体管模型

本文提出了一个考虑了晶体管热电反馈效应的分布晶体管直流模型,称之为“二维非等温的分布晶体管模型”. 本模型考虑了基区高注入效应、Kirk效应以及由内基区电阻、发射极金属化电极薄层电阻所引起的电流横向及纵向集边效应,并计入了晶体管内温度分布的不均匀性对上述诸效应的影响. 借助计算机,利用下降法求解了描述本模型热电特性的非线性方程组,计算结果给出了晶体管发射区内温度、电流的二维分布数值,从而得到了晶体管热电反馈效应的定量描述,且理论结果与实验吻合良好. 利用本模型可进行功率晶体管的计算机辅助设计,预测功率晶体管的安全工作区并指导器件的可靠性设计.     

符号网络函数在晶体管交流参数提取中的应用

介绍了一种用于晶体管交流模型参数提取中特性估值的新方法。它采用晶体管等效电路的Ｚ参数符号网络函数来计算晶体管交流特性，消除了常规方法中通过求节点电压方程获得我氕 耗时过程，因此大大提高了提取效率。最后给出了一个提取实例。     

无线电话机发射功率的调整电路

专利说明1.关于无线电话机发射功率的调整电路,它的发射部分有一个用来放大可变振幅交流电压信号的晶体管放大器,其特点是:晶体管放大器有一个双栅极场效应晶体管(8),在它的一个栅(7)上加入需放大的交流电压信号,而在另一个栅(35)上加入由控制装置(29)给出的控制直流电压(U_R),该电压的大小由加在控制装置输入端且与被放大的交流电压信号振幅有关的第一直流电压值和第二可调节的直流电压值之差来确定的。     

光电双基区晶体管(PDUBAT)的器件模型

本文在考虑了晶体管的小注入效应和大注入效应以及基区宽变效应等因素后,首次用近似和简化的数学表示式和相应的等效电路,描述了光电双基区晶体管(PDUBAT)负阻形成的机理并使负阻区和谷值区的理论计算和实验结果一致性很好.     

UHF RFID低压高效电荷泵的分析与设计

为使电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)更好地适用于无源超高频射频识别(UHF RFID)芯片,提出了一种低压高效电荷泵电路的设计方案。利用附加晶体管切换电路中MOS管的衬底电压,增加自举晶体管对栅极充电,该设计方案可消除体效应对阈值电压的影响,有效抑制反向漏电流。综合分析电路的影响因素后,折中设计给出合适的设计参数。采用SMIC 0.18μm EEPROM工艺、利用Hspice仿真验证,在输入电压1.5 V时,13级电荷泵输出电压可高达18 V,保证了UHF RFID芯片良好性能的实现。     

DSOI总剂量效应模型及背偏调控模型

总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。由于背栅端口的存在,SOI器件存在新的总剂量效应加固途径,对于全耗尽SOI器件,利用正背栅耦合效应,可通过施加背栅偏置电压补偿辐照导致的器件参数退化。本文研究了总剂量辐照对双埋氧层绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)总剂量损伤规律及背栅偏置调控规律,分析了辐射导致晶体管电参数退化机理,建立了DSOI晶体管总剂量效应模拟电路仿真器(SPICE)模型。模型仿真晶体管阈值电压与实测结果≤6 mV,同时根据总剂量效应模型给出了相应的背栅偏置补偿模型,通过晶体管背偏调控总剂量效应SPICE模型仿真输出的补偿电压与试验测试结果对比,N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的背偏调控模型误差为9.65%,P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)为5.24%,该模型可以准确反映DSOI器件辐照前后阈值特性变化,为器件的背栅加固提供参考依据。     

三端口S参数用于晶体管电路设计

微波领域中广泛应用的场效应晶体管(FET)、双极型晶体管(BPT)以及近年来正在开发的性能优越的高电子迁移率晶体管(HEMT)均系三端器件。早在1968年文献[1]己指出宜用三端口S参数来表征晶体管特性并进行电路设计。但是由于具体分析计算的复杂性,直至今日一般仍沿用一端接地的两端口S参数来分析这种三端口电路。这样在分析并联反馈或串联反馈的晶体管电路(例如反馈放大器或振荡器等)时必须通过S参数与Y参数或Z参数之间的转换关系     

Ag/Bi4Ti3O12栅铁电场效应管ID-VG特性双曲模型

在理论分析的基础上,结合铁电材料特性及实验数据,提出了Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管转换(ID-VG)特性的双曲模型并进行了数值模拟。该模型不但与阈值电压、沟道饱和电流等器件参数相关而且充分反映了剩余极化、矫顽电压等铁电栅介质极化特性对器件ID-VG特性的影响。结果表明:模拟曲线与实验曲线基本一致,能较好地模拟和描述铁电场效应晶体管的ID-VG特性。     

晶体管I_(CM)与P_(CM)的定义

一般地说,晶体管的大功率运用,受到它的最大许可电压U_(CM)、最大许可电流I_(CM)及耗散功率P_(CM)的限制.晶体管制造者常把这三种限制归结成器件的极限运用参数,提供给用户.这三种极限运用参数在晶体管集电极电压和集电极电流所组成的平面上,构成了晶体管安全运用的区域.图1给出了这个区域(斜线部分).只有在这个区域内,才能保证晶体管安全工作;超出这一区域将会导致管子损坏.     

包含电流集边效应的矩形双极晶体管噪声的精确分析

本文介绍的矩形双极晶体管噪声的精确分析是应用集合近似法(col-lective approach)和输运噪声理论的分析模型推导出来的。在此模型中,考虑了发射极电流集边效应,并精确地描述了中等和低值源阻抗时的噪声性能。确定了等效集总电路的结构,给出在电流和频率的分布范围内表征元件的解析关系。指出:(a)有源基区必须由一般热噪声源的非线性阻抗来表示;(b)对于低源阻抗,散粒噪声发生器的等效输入电压高于由低注入理论所预言的输入电压。而且发现,发射极集边导致:(a)基区阻抗;(b)热噪声;(c)等效集总电路的散粒噪声发生器之间的相互关系均匀而显著地减少。最后,可以看出,在高源阻抗偏置的晶体管中,集边效应产生时,经典的低注入理论似乎是正确的。     

中功率GaAs双极晶体管

用GaAs做双极晶体管时,它的某些材料参数优于硅和锗,另一个优点是可利用GaAlAs/GaAs异质结晶体管的宽禁带发射极原理。目前已制出这样的双极晶体管并进行了测试。最大振荡频率f_(MAG)=2.2GHz,截止频率f_T=2.7GHz,这表明了管子的高频适用能力。而发射极-集电极击穿电压V_(CBO)≥～100V;最大集电极电流I_(Cmax)～300mA,为大功率应用的标志,晶体管的工作温度范围为—269℃～+350℃。双异质结NpN晶体管消除了共发射极结构的Npn宽禁带发射极Ga_(0.7)Al_(0.3)As/GaAs晶体管0.2V的导通电压。此种NpN晶体管能双向工作并有类似的电流增益,这是由宽禁带发射极原理和发射极-基极、集电极-基极异质结的对称性所致。与Npn GaAs晶体管比较,NpN GaAs晶体管的存贮时间t_s约等于Npn晶体管的一半。     

显微热像测试功率晶体管热性能

用显微热像仪和晶体管稳态热阻仪测定功率晶体管在开帽状态下的芯片表面温度。从热像图上可以观察到芯片表面存在局部过热地区，即出现热斑，通过比较在电压恒定时和电流恒定时芯片表面温度和晶体管热阻随耗散功率变化的差异，说明热电反馈效应对晶体管芯片温度和晶体管热阻有明显的影响。     

场引晶体管理论:Ⅻ.双极飘移扩散电流(薄及厚、纯及不纯基体,单及双MOS栅极)

上篇论文(Ⅺ)报告双极场引晶体管的电化电流理论,这篇论文(Ⅻ)报告飘移扩散理论.两篇都讨论了单栅双栅,纯基不纯基,薄基厚基的情形.两篇都用表面及内部电势作为参变量耦合电压方程和电流方程.在这飘移扩散理论中,有许多电流项,属飘移电流的用迁移率因子标识,属扩散电流的用扩散率因子标识.给出完备飘移扩散解析方程,用以计算四种常用MOS晶体管的直流电流电压特性.飘移电流有四项:一维体电荷漂移项,一维载子空间电荷漂移项,一维横向电场漂移项,二维漂移项.扩散电流有三项:一维体电荷扩散项,一维载子空间电荷扩散项,二维扩散项.现有的晶体管理论都没认识到一维横向电场漂移项.当基区几乎是纯基,这项贡献显著,约总电流的25%.二维项来自纵向电场的纵向梯度,它随德拜长度对沟道长度比率的平方按比例变化.当沟道长度为25nm,几乎纯基时,(LD/L)2=106,杂质浓度1018cm-3时,(LD/L)2=10-2.     

场引晶体管理论:Ⅻ.双极飘移扩散电流(薄及厚、纯及不纯基体,单及双MOS栅极)

上篇论文(Ⅺ)报告双极场引晶体管的电化电流理论,这篇论文(Ⅻ)报告飘移扩散理论.两篇都讨论了单栅双栅,纯基不纯基,薄基厚基的情形.两篇都用表面及内部电势作为参变量耦合电压方程和电流方程.在这飘移扩散理论中,有许多电流项,属飘移电流的用迁移率因子标识,属扩散电流的用扩散率因子标识.给出完备飘移扩散解析方程,用以计算四种常用MOS晶体管的直流电流电压特性.飘移电流有四项:一维体电荷漂移项,一维载子空间电荷漂移项,一维横向电场漂移项,二维漂移项.扩散电流有三项:一维体电荷扩散项,一维载子空间电荷扩散项,二维扩散项.现有的晶体管理论都没认识到一维横向电场漂移项.当基区几乎是纯基,这项贡献显著,约总电流的25%.二维项来自纵向电场的纵向梯度,它随德拜长度对沟道长度比率的平方按比例变化.当沟道长度为25nm,几乎纯基时,(LD/L)2=106,杂质浓度1018cm-3时,(LD/L)2=10-2.     

晶体管非线性失真分析

本文从器件物理和结构上提出双极型晶体管非线性失真模型。模型包含8个参量:(1)有效基区展宽效应;(2)发射极电流集边效应;(3)基区电导调制效应;(4)发射结电阻的非线性效应;(5)发射结电容的非线性效应;(6)集电结电容的非线性效应;(7)寄生电容的非线性效应;(8)电流放大系数和雪崩倍增效应与电压的非线性关系。利用Taylor级数展开分析各模型参数,并编制了计算程序,定量计算了互调失真与工作频率、发射极条宽、基区宽度、发射极线电流密度,基区掺杂浓度等重要参数的关系。计算结果与实验结果基本吻合。     

显微热测试功率晶体管热性能

用显微热像仪和晶体管稳态热阻仪测定功率晶体管在开帽状态下的芯片表面温度。从热像图上可以观察到芯片表面存在局部过热地区，即出现热斑，通过比较在电压恒定时和电流恒定时芯片表面温度和晶体管热阻随耗散功率变化的差异，说明热电反馈效应对晶体管芯片温度和晶体热阻有明显的影响。     

利用计算机计算砷化镓场效应晶体管放大器的大信号特性

本文提出了一种简单而有效的砷化镓场效应晶体管(G_aA_sFET)放大器的分析方法。场效应晶体管(FET)用它的非线性动态电路模型表示,该模型计及包括栅一漏极电压击穿等器件的主要的非线性效应。文章详细地叙述了引出模型参量的证明过程并给出了实例。运用片状谐波平衡技术可完成单个输入谐波信号的放大器响应的计算。由于用原型时这种技术相当费时间,因此解网络方程用的最佳化程序已被牛顿-拉富森算法代替。对一个2SK273型G_aA_sFET微波放大器,用本文提出的方法计算所得的特性与其实验结果作了比较。可以看到,在9.5千兆赫上和在很宽的偏置电压与输入功率电平范围内二者十分吻合。     

开关电源的频率范围

当交流电压上升或负载电流降低时，开关电源功率晶体管的导通时间缩短，电源工作频率升高。工作频率受到续流二极管和功率晶体管频率特性的限制，如果开关电源集成电路功率管的ｆт较高时，此电源的工作范围可以做得比较宽。