5.7. Поведение в сильном электрическом поле

У ПТ с -переходами и МОП ПТ с очень короткими каналами напряженность электрического поля в канале может быть очень большой. При напряженностях поля выше порогового значения подвижность носителей заметно уменьшается с увеличением напряженности Е по закону, который приближенно можно представить в виде [58]

где подвижность носителей в слабом поле, а В/см для электронов в кремнии. В литературе можно встретить уравнения, являющиеся альтернативами (5.49); наиболее часто употребляемым из них является уравнение, полученное Даси и

Россом [8] и использованное Хэллдеем и ван-дер-Зилом [15], в котором изменяется по закону

Кроме изменения подвижности носителей, сильные электрические поля вызывают и другой эффект, состоящий в увеличении температуры свободных носителей по сравнению с температурой кристаллической решетки, т. е. создают популяцию горячих носителей. Эффективная температура таких носителей приблизительно определяется выражением

где параметр зависит от температуры кристаллической решетки В германии при при . Клаассен [30], признавая, что нет пригодных экспериментальных данных для оценки величины в кремнии, полагал, что в кремнии имеет почти такие же величины, что и в германии, и поэтому использовал значения, приведенные выше.

Обе эти зависимости [уравнения (5.49) и (5.50)], сказывающиеся в сильных полях, обусловливают увеличение теплового шума в канале ПТ. Если для эквивалентного сопротивления теплового шума в области насыщения использовать выражение

то в отсутствие эффектов сильного поля [уравнение (5.296)]. Клаассен [31] показал, что зависимость подвижности носителей от напряженности электрического поля и разогрев носителей может привести к величинам а, превышающим единицу, вплоть до в зависимости от напряжения смещения, геометрии прибора и особенно от температуры. При комнатной температуре но при температуре жидкого азота величина а может быть значительно больше единицы. Это связано главным образом с разогревом носителей, обычно только одного этого процесса достаточно для значительного увеличения тепловых шумов при 77 К по сравнению с комнатной температурой [35, 46]. Для получения оптимального режима малых шумов рабочая температура высокочастотных -переходом, как правило, несколько выше, чем 77 К.

При работе в области полей, значительно выше начала смыкания канала, процесс умножения заряда (образование лавин носителей), связанный с крайне высокими значениями напряженности электрического поля вблизи стока, может вносить существенный вклад в выходной шум ПТ, особенно при низких температурах.

В том случае, когда имеет место образование лавины, пары электрон — дырка образуются за счет ударной ионизации и неосновные носители сразу же попадают на затвор, тем самым приводя к увеличению тока затвора, тогда как основные носители перемещаются к стоку. Увеличение тока затвора наблюдал Риан [49]; об аналогичном явлении в -канальных МОП-транзисторах сообщили Накахара с сотр. [42]. Увеличение шумов, обусловленных этим механизмом, наблюдали в германиевых ПТ с -переходом Радека [45], а в кремниевых — Накахара с Кабаяси [43] и Клаассен с Робинсоном [35]. Краткое теоретическое рассмотрение данного явления проведено ван-дер-Зилом и Чанеттом [66].