Первые известные из литературы измерения величины бе [9] были проведены иа одном кристалле германия п-типа; результаты измерений показали, что разность 6,,-во в слабых полях имеет квадратичную зависимость от £, а в сильных (более 900 В/см) - почти линейную зависимость от Е [как в уравнении (5.50)]. Полагают, что зависимости (бе-6о) экспериментально продемонстрировали Такаги с сотр. [55] для кремниевого эпитак-сиального слоя. Линейная зависимость (5.50) нами используется потому, что, на наш взгляд, является достаточно обоснованной экспериментальными измерениями величины бе и ее можно считать общепринятой в литературе.

Россом [8] и использованное Хэллдеем и ван-дер-Зилом [15], в котором Jl изменяется по закону Е~/.

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 Qe приблизительно определяется выражением

е.е„[1+р(Шо)], (5.50)

где параметр р зависит от температуры кристаллической решетки Во. В германии р~1 при 6о=300 К и 10<р<15 при 00 = 77 К. Клаассен [30], признавая, что нет пригодных экспериментальных данных для оценки величины р в кремнии, полагал, что ip 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

n = a/msat, (5.51)

то в отсутствие эффектов сильного поля «£2/3 [уравнение (5.296)]. Клаассен [31] показал, что зависимость подвижности носителей от напряженности электрического поля и разогрев носителей может привести к величинам «, превышающим единицу, вплоть до а~5 в зависимости от напряжения смещения, геометрии прибора и особенно от температуры. При комнатной температуре а1, 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 ПТ с р-п-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 п-канальных МОП-транзисторах сообщили Накахара с сотр. [42]. Увеличение шумов, обусловленных этим механизмом, наблюдали в германиевых ПТ с р-п-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].

5.8. Шум типа 1

в ПТ с р - п-переходом

При комнатных температурах избыточный l/f-шум в хороших малошумящих кремниевых ПТ с р-п-переходом обычно незначителен. Отсутствие 1 -шума в подобных ПТ отличает их от почти всех других твердотельных приборов. Этот факт, кроме того, естественно приводит к заключению, что l/f-шум связан не с объемными эффектами, а с процессами, имеющими место на поверхности раздела полупроводник - окисел, возможно, из-за флуктуации в заселенности поверхностных состояний; подобные поверхностные эффекты отсутствуют в ПТ с р-п-переходом, так как канал таких ПТ отделен обедненным слоем, локализованным в объеме данного транзистора.

Удивительно, что ПТ на основе GaAs обладают значительной величиной l/f-шума [57]. Это явление было объяснено ван-дер-Зилом ,[64], который отметил, что у таких транзисторов ширина затвора много меньше длины технологического канала. Поэтому имеется большая площадь поверхности раздела полупроводник-окисел между истоком и затвором и между затвором и стоком, и в этих областях создается значительная величина избыточного l/f-шума.

При низких температурах (ниже 200 К) спектры шумов кремниевых ПТ с р-п-переходом указывают на наличие нескольких типов генерационно-рекомбинационных процессов, од-лако компонента, l/f-шума отсутствует [22]. Этот факт нахо-

5.9. Эквивалентные схемы для ПТ с р - «-переходом

К счастью, не все составляющие шума в ПТ с р-и-переходом присутствуют одновременно. При комнатных температурах и при нормальных рабочих условиях, как правило, тепловой шум канала и дробовой шум, связанный с током утечки на затворе, наиболее важны. Их можно представить двумя эквива-

i„(t)

Рис. 5.8.

о - шумовые генераторы тока на входе н выходе ПТ с р-п-переходом; 6 - эквивалент-яая цепь, в которой выходной генератор тока трансформируется во входную цепь в качестве последовательно соединенного генератора напряжения.

лентными генераторами тока ii(t) и i2(t), подключенными между истоком и стоком, а также затвором и истоком соответственно, как это показано на рис. 5.8, а. Простой трансформацией выходной генератор можно переместить на вход в качестве последовательно соединенного генератора напряжения Vn(t), как показано на рис. 5.8, б.

Спектральные плотности входных шумовых генераторов тока и напряжения можно получить непосредственно из уравне-

дится в согласии с более ранними результатами наблюдений Клаассена и Робинсона [35], однако при температурах выше 200 К, согласно работе [35], имеется компонента, связанная с избыточным 1 -шумом, которая уменьшается с увеличением температуры. Простого объяснения этой температурной зависимости нет.