Модель арсенид-галлиевого полевого транзистора

Арсенид-галлиевые полевые транзисторы (GaASFET) имеют эквивалентную схему, изображенную на рис. 4.7,а. Существуют четыре разновидности математического описания этой модели, предложенные Куртисом (Curtice) [39–40], Рэйтеоном (Raytheon) [78–79], модель TriQuit [56] и модель Паркера-Скеллерна (Parker–Skellern) [59]. Модель Куртиса дает удовлетворительные результаты лишь при расчете статического режима, в то время как остальные модели отражают и динамические характеристики арсенид-галлиевого транзистора. Параметры четырех математических моделей приведены ниже:

Имя параметра	Параметр	Значение по умолчанию	Единица измерения
LEVEL	Тип модели: 1 – модель Куртиса, 2 – модель Рэйтеона, 3 – модель TriQuit, 4 – модель Паркера–Скеллерна	1
VT0	Барьерный потенциал перехода Шотки	–2,5	В
VBI	Контактная разность потенциалов	1,0	В
ALPHA	Константа, определяющая ток Idrain (Level=1–3)	2,0	1/В
B	Параметр легирования (Level=2)	0,3	1/В
BETA	Коэффициент пропорциональности в выражении для тока стока	0,1	А/В
LAMBDA	Параметр модуляции длины канала	0	1/В
GAMMA	Параметр статической обратной связи (для Level=3)	0
DELTA	Параметр выходной обратной связи (для Level=3, 4)	0	(А·В)
Q	Показатель степени (для Level=3, 4)	2
RG	Объемное сопротивление области затвора	0	Ом
RD	Объемное сопротивление области стока	0	Ом
RS	Объемное сопротивление области истока	0	Ом
CGD	Емкость затвор–сток при нулевом смещении	0	Ф
CGS	Емкость затвор–исток при нулевом смещении	0	Ф
CDS	Емкость сток–исток при нулевом смещении	0	Ф
IS	Ток насыщения p–n-перехода затвор–канал	10	А
TAU	Время переноса носителей заряда (Level=1–3)	0	с
M	Коэффициент лавинного умножения перехода затвора (Level=1–3)	0,5
N	Коэффициент неидеальности	1
FC	Коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода затвора	0,5
VBI	Контактная разность потенциалов p–nперехода затвора	1	В
EG	Ширина запрещенной зоны	1,11	эВ
XTI	Температурный коэффициент тока IS	0
VDELTA	Напряжение, входящее в выражения для емкостей переходов (для Level=2 и 3)	0,2	В
VMAX	Максимальное напряжение, входящее в выражения для емкостей переходов (для Level=2 и 3)	0,5	В
VTOTC	Температурный коэффициент VTO	0	В/ С
BETATCE	Температурный коэффициент BETA	0	%/ C
TRG1	Линейный температурный коэффициент RG	0	1/ C
TRD1	Линейный температурный коэффициент RD	0	1/ C
TRS1	Линейный температурный коэффициент RS	0	1/ C
KF	Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкер–шума	0
AF	Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкер–шума от тока через переход	1
T_MEASURED	Температура измерений		C
T_ABS	Абсолютная температура		C
T_REL_GLOBAL	Относительная температура		C
T_REL_LOCAL	Разность между температурой транзистора и модели-прототипа		C

<
Специфические параметры модели уровня Level=4

ACGAM	Коэффициент модуляции емкости	0
HFETA	Параметр обратной связи VGS на высокой частоте	0
HFE1	Коэффициент модуляции HFGAM напряжением VGD	0	1/В
HFE2	Коэффициент модуляции HFGAM напряжением VGS	0	1/В
HFGAM	Параметр обратной связи VGD на высокой частоте	0
HFG1	Коэффициент модуляции HFGAM напряжением VSG	0	1/В
HFG2	Коэффициент модуляции HFGAM напряжением VDG	0	1/В
IBD	Ток пробоя перехода затвора	0	А
LFGAM	Параметр обратной связи на низкой частоте	0
LFG1	Коэффициент модуляции LFGAM напряжением VSG	0	1/В
LFG2	Коэффициент модуляции LFGAM напряжением VDG	0	1/В
MXI	Параметр напряжения насыщения	0
MVST	Параметр подпороговой модуляции	0	1/В
P	Показатель степени	2
TAUD	Время релаксации тепловых процессов	0	с
TAUG	Время релаксации параметра обратной связи GAM	0	с
VBD	Потенциал пробоя перехода затвора	1	В
VST	Подпороговый потенциал	0	В
XC	Фактор уменьшения емкости разряда	0
XI	Параметр, определяющий точку излома потенциала насыщения	1000
Z	Параметр точки излома характеристики транзистора	0,5

Рис. 4.7. Нелинейная (а) и линейная (б) схемы замещения арсенид–галлиевого полевого транзитора

Статический режим. Он описывается следующими соотношениями.

1) Ток затвора равен

Ig = Igs + Igd.

Для моделей LEVEL=1–3

Igs=IS [exp(Vgs/(N·Vt)) –1];

Igd=IS [exp(Vgd/(N·Vt)) –1].

Для моделей LEVEL=4

где

2) Ток стока и истока

Id = Idrain – Igd, Is

= –Idrain – Igs.

Ток Idrain в модели Куртиса (LEVEL=1) в нормальном режиме (Vds

0) описывается соотношениями:

В модели Рэйтеона (LEVEL=2) в нормальном режиме:

где полиномиальная аппроксимация гиперболического тангенса имеет вид

Для модели TriQuit (LEVEL=3) в нормальном режиме

где

Idso = BETA·(Vgs – Vto)

·Kt,

Vto = VTO – GAMMA·Vds.

В инверсном режиме (Vds<0) токи стока и истока в приведенных выше соотношениях меняются местами.

Динамический режим. Емкость перехода исток–сток равна Cds=CDS (рис. 4.7, а).

В модели LEVEL=1 емкости Cgs, Cgd определяются выражениями:

емкость затвор–исток равна

емкость затвор–сток равна

В модели LEVEL=2 и 3 эти емкости определяются выражениями:

где

Линейная схема замещения транзистора. Схема приведена на рис. 4.7, б, где дополнительно включены источники флюктуационных токов. Тепловые шумы Iш

, Iш

, создаваемые резисторами RS, RD

и RG, имеют спектральные плотности S

=4kT/RS, S

=4kT/RD, S

=4kT/RG.

Источник тока Iшd, характеризующий дробовой и фликкер-шум, имеет спектральную плотность S

= 8k·T·Gm/3 + KF·Id

/f, где Gm = dIdrain/dVgs –дифференциальная проводимость в рабочей точке по постоянному току.

Температурные эффекты описываются зависимостями:

IS(T)=IS·exp[EG/(Vt·N) ·(T/Tnom–1)] ·(T/Tnom)

;

VBI(T)=VBI·T/Tnom–3Vt(T)ln(T/Tnom) –EG(Tnom)·T/Tnom+EG(T);

CGS(T)=CGS{1+M[0,0004(T–Tnom)+1–VBI(T)/VBI]};

CGD(T)=CGD{1+M[0,0004 (T–Tnom)+1–VBI(T)/VBI]};

VTO(T)=VTO+VTOTC·(T–Tnom);

BETA(T)=BETA·1,01

;

RG(T)=RG(1+TRG1(T–Tnom));

RD(T)=RD(1+TRD1(T–Tnom));

RS(T)=RS(1+TRS1(T–Tnom));

KF(T)=KF·VBI(T)/VBI, AF(T)=AF·VBI(T)/VBI.

Скалярный коэффициент Area позволяет учесть параллельное соединение однотипных транзисторов, для чего в приведенной выше модели изменяются следующие параметры:

IS=IS·Area, BETA=BETA·Area, RD=RD/Area, RS=RS/Area,

CGS=CGS·Area, CGD=CGD·Area, CDS=CDS·Area.

Значение Area указывается в задании на моделирование при включении транзистора в схему (п. 3.2.6), по умолчанию Area=1.