Конструкції і характеристики диференціальних пар CJFet транзисторів для проектування CBiCJFet диференціальних і мультидиференціальних операційних підсилювачів
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2019.79.71-77Ключові слова:
польові транзистори з керованим p-n переходом, диференціальні пари, характеристика стік-затвор, кремнієва комплементарна біполярна технологіяАнотація
Розроблено систему технологічних і конструктивних рішень, що забезпечує підвищення ідентичності диференціальних пар (DP) польових транзисторів з керуючим p-n переходом (JFet) з p- і n-каналами, що вбудованих в кремнієвий комплементарний біполярний технологічний процес АТ «НВП «Пульсар». Показано, що в рамках даного технологічного процесу можливе створення декількох типів DP JFet. В роботі представлені результати експериментальних досліджень двох типів конструкцій DP JFet з p- і n- каналами з розкидом напруги затвор-витік ΔVGS в залежності від струму стоку і напруги стік-витік.
До основних особливостей першої конструкції p-канального Jfet ставилися: формування областей стоку / витоку за рахунок пасивної бази npn-транзистора і областей глибокого колектора pnp-транзистора; формування каналу на основі p-шару колектора pnp-транзистора; формування нижнього затвору з застосуванням p+ прихованого шару; формування верхнього затвору за рахунок активної бази і полікремнієвогох емітера npn-транзистора. Особливістю другої конструкції Jfet було формування верхнього затвору внаслідок пасивної бази. Конструкції першого і другого типів n-канальних Jfet формувалися аналогічно з урахуванням заміни застосовуваних областей біполярних транзисторів на протилежні за типом провідності.
Для DP на основі p-канальних JFet з конструкцією першого типу встановлено, що зі зростанням струму стоку величина ΔVGS знижується, а зі збільшенням напруги стік-витік ΔVGS за великих струмах зростає. Для даної диференціальної пари JFet з p-каналом максимальна різниця ΔVGS лежить в межах 5 - 80 мВ. Для DP p-канальних JFet з конструкцією другого типу наведено графіки, що показують істотно менше значення розкиду напруг ΔVGS: наприклад, для значення струму стоку ID = 50 мкА розкид напруг ΔVGS не перевищує 10 мВ. При цьому, на відміну від першого типу DP, розкид напруги ΔVGS практично не залежить від напруги стік-витік.
Як і для DP p-канальних JFet диференціальні пари n-канальних JFet другого типу забезпечили менші значення розкиду в порівнянні з конструкцією першого типу: ΔVGS досягає значень 5 - 20 мВ. Також для конструкції другого типу спостерігалося значно слабший вплив напруги стік-витік на ΔVGS у разі високої щільності струму.
Розроблені конструкції диференціальних пар на основі p- і n-канальних JFet рекомендується використовувати при організації виробництва CBiCJFet аналогових мікросхем, в тому числі для експлуатації в умовах низьких температур.
Посилання
Goldberg R.T. and Jhabvala M.D. (1995) Fabrication and characterization of low-noise cryogenic Si JFETs. Proc. Symp. Low Temperature Electronics and High Temperature Superconductivity, pp. 95-9.
Lovshenko I. Y., Khanko V. T. and Stempitsky V. R. (2018) Radiation influence on electrical characteristics of complementary junction field-effect transistors exploited at low temperatures. Materials Physics & Mechanics, Vol. 39, No. 1., pp. 92-101. DOI: 10.18720/MPM.3912018_15
Chan K. K. et al. (2016) Junction field-effect transistor with raised source and drain regions formed by selective epitaxy. U.S. Patent No. 9236499.
El-Kareh B. and Hutter L.N. (2020) Silicon Analog Components. DOI: 10.1007/978-3-030-15085-3
Monshipouri M. and Abdi Y. (2015) Field emission current from a junction field-effect transistor. Journal of Nanoparticle Research, Vol. 17, Iss. 4. DOI: 10.1007/s11051-015-2974-9
El-Kareh B. and Hutter L.N. (2020) Bipolar and Junction Field-Effect Transistors. Silicon Analog Components, pp. 151-219. DOI: 10.1007/978-3-030-15085-3_5
Kavangary A., Graf P., Azazoglu H., Flebbe M., Huba K., Nienhaus H. and Möller R. (2019) Temperature dependent electrical characteristics of a junction field effect transistor for cryogenic sub-attoampere charge detection. AIP Advances, Vol. 9, Iss. 2, pp. 025104. DOI: 10.1063/1.5077039
Coyne E. J. Low gate current junction field effect transistor device architecture. U.S. Patent Application No. 15/798,182.
Dixit V.K., Gupta R., Purwar V., and Dubey S. (2019) Effect of Substrate Induced Surface Potential (SISP) on Threshold Voltage of SOI Junction-Less Field Effect Transistor (JLFET). Silicon. DOI: 10.1007/s12633-019-00185-7
Snoeij M. (2018) A 36V 48MHz JFET-Input Bipolar Operational Amplifier with 150µV Maximum Offset and Overload Supply Current Control. ESSCIRC 2018 - IEEE 44th European Solid State Circuits Conference (ESSCIRC). DOI: 10.1109/esscirc.2018.8494262
LF351 Wide bandwidth single JFET operational amplifiers, Available at: https://www.st.com/resource/en/datasheet/lf351.pdf
Semig P. and Claycomb T. (2018) Op amps with complementary-pair input stages: What are the design trade-offs?, Analog Design Journal 4Q, pp. 1-7
Yang T., Lu J. and Holleman J. (2013) A high input impedance low-noise instrumentaion amplifier with JFET input. 2013 IEEE 56th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). DOI: 10.1109/mwscas.2013.6674613
Scandurra G., Cannata G., Giusi G. and Ciofi C. (2017) A differential-input, differential-output preamplifier topology for the design of ultra-low noise voltage amplifiers. 2017 International Conference on Noise and Fluctuations (ICNF). DOI: 10.1109/icnf.2017.7985947
Giacomini G., Bosisio L., Betta G.D., Mendicino R. and Ratti L. (2015) Integrated Source Follower for the Read-Out of Silicon Sensor Arrays. IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 62, Iss. 5, pp. 2187-2193. DOI: 10.1109/tns.2015.2475402
Manfredi P., Re V. and Speziali V. (1998) Monolithic JFET preamplifier with nonresistive charge reset. IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 45, Iss. 4, pp. 2257-2260. DOI: 10.1109/23.709654
urdaut P., Penner V., Kirchhof C., Quandt E., Knochel R. and Hoft M. (2017) Noise of a JFET Charge Amplifier for Piezoelectric Sensors. IEEE Sensors Journal, Vol. 17, Iss. 22, pp. 7364-7371. DOI: 10.1109/jsen.2017.2759000
Capra S., Mengoni D., Aliaga R.J., Gadea A., Gonzalez V. and Pullia A. (2014) Design of an integrated low-noise, low-power charge sensitive preamplifier for $gamma$ and particle spectroscopy with solid state detectors. 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), . DOI: 10.1109/nssmic.2014.7431043
Zhou H., Wang W., Chen C. and Zheng Y. (2015) A Low-Noise, Large-Dynamic-Range-Enhanced Amplifier Based on JFET Buffering Input and JFET Bootstrap Structure. IEEE Sensors Journal, Vol. 15, Iss. 4, pp. 2101-2105. DOI: 10.1109/jsen.2014.2371893
Harrison L.T. (2005) Current Sources & Voltage References. Newnes, 604 p.
Drozdov D.G. (2017) SVCh komplementarnyi bipolyarnyi tekhnologicheskii protsess s vysokoi stepen'yu simmetrii dinamicheskikh parametrov tranzistorov [Microwave Complementary Bipolar Technological Process with a High Degree of Symmetry of the Dynamic Parameters of Transistors]. Dissertation Cand. Sci (Techn), 05.27.01 – Solid State Electronics, Radioelectronic components, Micro- and Nanoelectronics, Quantum-Effect Devices, Moscow, 165 p. (in Russian).
Schwartz W., Yasuda H., Steinmann P., Boyd W., Meinel W., Hannaman D. and Parsons S. (2007) BiCom3HV - A 36V Complementary SiGe Bipolar- and JFET-Technology. 2007 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting. DOI: 10.1109/bipol.2007.4351835
Coyne E.J., Whiston S., McAuliffe D.P. and Lane B. (2017) The 36 V Bipolar: $beta times V_{a} times text {fT} times text {BV} times text {JfT} times$ Linearity Tradeoff. IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 64, Iss. 1, pp. 8-14. DOI: 10.1109/ted.2016.2628519
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
