Принцип действия и первые экспериментальные образцы приборов со статической индукцией (СИТ) были разработаны в Японии в начале 50-х годов непосредственно вслед за изобретением полевого транзистора с управляющим p‑n переходом (ПТУП). По своей структуре СИТ похож на обычный ПТУП, отличаясь от него более высокой степенью легирования истока и более узким и коротким каналом. Это позволило получить прибор, который мог работать не только в режиме обеднения канала носителями, но и в режимах его обогащения, при этом в приборе достигается гораздо больший, чем в ПТУП, выходной ток. В результате в подобных режимах обогащения канала носителями СИТ становится подобен обычному биполярному транзистору. БСИТ по сравнению с СИТ имеет более сложный профиль легирования и более сложную геометрию затвора, что обеспечивает данному типу транзисторов закрытое состояние при нулевом потенциале на затворе.
С развитием и распространением основанных на языке SPICE схемотехнических систем автоматизированного проектирования (САПР) появилась потребность в разработке SPICE- модели БСИТ. Электрическая модель полупроводникового прибора должна удовлетворять следующим основным требованиям:
- обеспечивать адекватность функционирования в широком диапазоне рабочих напряжений, токов, внешних воздействий, отображать с требуемой точностью разнообразные электрические характеристики в заданных произвольных режимах;
- иметь физически обоснованное соответствие между электрическими параметрами модели и электрофизическими процессами в приборе;
- состоять из набора стандартных элементов электрических цепей, связывающих токи и напряжения (резисторов, конденсаторов, индуктивностей, зависимых и независимых источников тока и напряжения);
- включать аппроксимации и упрощения для снижения вычислительных затрат при использовании моделей в САПР.
Для описания БСИТ, ввиду сходности вольтамперных характеристик рассматриваемого прибора с вольтамперными характеристиками биполярных транзисторов, может быть использована одна из моделей последних, в частности, модель Гуммеля-Пуна. Преимущества такого подхода - очевидность и простота; недостатки - погрешность моделирования может достигать 20%, что не всегда приемлемо, а значения параметров модели не всегда физически обоснованы [1].
Близость физических основ функционирования БСИТ и ПТУП предполагает использование моделей ПТУП, например, модели Шихмана-Ходжеса, модели идеального полевого диода или зарядоуправляемой модели ПТУП. Преимущество подхода - физическая осмысленность получаемой модели. Стандартная SPICE- модель позволяет также полнее использовать ее потенциал, например, для воспроизведения технологического разброса параметров прибора или температурных зависимостей.
Третий подход состоит в разработке эквивалентной схемы замещения БСИТ, состоящей из набора стандартных элементов электрических цепей. Пример построения подробной схемы замещения с учетом технологического разброса и температурных зависимостей приведен в работе [2].
Следует отметить, что выбор того или иного способа описания модели БСИТ должен определяться требуемой точностью, ограничениями на вычислительные ресурсы и возможностями алгоритмов САПР. Модель БСИТ на основе модели Гуммеля-Пуна была использована при моделировании бесконтактных коммутирующих устройств с использованием БСИТ. Рассчитанная вольтамперная характеристика устройства хорошо согласуется с вольтамперной характеристикой, полученной экспериментально.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Букашев Ф.И., Бичурин М.И., Петров В.М. Математические модели биполярных транзисторов и полевых транзисторов с управляющим p‑n переходом и оценка их применимости для описания биполярных транзисторов со статической индукцией. М.: Деп. ВИНИТИ, № 959-ВО2, 29.05.2002, 27 с.
- Букашев Ф.И., Байбузов А.В., Смирнов А.Ю. Идентификация статических параметров SPICE-макромодели тиристора.//CAD/CAM/CAE Observer, №4, 2004, с 78-80.
Библиографическая ссылка
Бичурин М.И., Букашев Ф.И., Петров В.М. SPICE- МОДЕЛИ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ СО СТАТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИЕЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 3. – С. 50-51;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22424 (дата обращения: 21.11.2024).