Компактные модели JFET-транзисторов, используемые в коммерческих версиях SPICE-подобных программ, ориентированы только на стандартный диапазон температур от -60 до +150 °С и не пригодны для расчета электронных схем в диапазоне криогенных температур (ниже -120 °С). В работе представлена Low-T SPICE-модель JFET для расчета схем в расширенном диапазоне температур, в том числе криогенных (от -200 до +110 °С). Модель учитывает изменения ВАХ, обусловленные влиянием сверхнизкой температуры: увеличение напряжения насыщения V , снижение тока отсечки I и крутизны BETA , отрицательный наклон LAMBDA выходных ВАХ, увеличение сопротивления сток-исток RD за счет эффекта «вымораживания» и др. С этой целью в модель дополнительно введены зависимости перечисленных параметров от температуры. Разработана процедура экстракции SPICE-параметров Low-T SPICE-модели JFET согласно результатам измерений стандартного набора ВАХ в диапазоне криогенных температур. Погрешность расчета ВАХ не превышает 10-15 % в диапазоне температур от -200 до +110 °С.
Петросянц Константин Орестович
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», г. Москва, Россия; Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, г. Москва, Россия
Самбурский Лев Михайлович
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», г. Москва, Россия; Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, г. Москва, Россия
1. Cressler J.D., Mantooth H.A. (Eds.). Extreme environment electronics. – CRC Press, 2017. – 976 p.
2. Patterson R.L. Assessment of electronics for cryogenic space exploration missions // Cryogenics. – 2006. – Vol. 46. – N. 2–3. – P. 231–236.
3. Каталог разработок Российско-Белорусского центра аналоговой микросхемотехники / Н.Н. Прокопенко, С.Г. Крутчинский, Е.И. Старченко и др. – Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2010. – 479 с.
4. Kostopoulos K., Bucher M., Kayambaki M., Zekentes K. A compact model for silicon carbide JFET // Proc. of the 2nd Pan-Hellenic Conference on Electronics and Telecommunications (PACET'12). – 2012. – P. 1–4.
5. Design and performance of a modular low-radioactivity readout system for cryo-genic detectors in the CDMS experiment / Akerib D.S., P.D. Barnes, P.L. Brink et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spec-trometers, Detectors and Associated Equipment. – 2008. – Vol. 591. – N. 3. – P. 476–489.
6. Cryogenic performance of a low-noise JFET-CMOS preamplifier for HPGe detec-tors / A. Pullia, F. Zocca, S. Riboldi et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 2010. – Vol. 57(2). – P. 737–742.
7. Arnaboldi C., Fascilla A., Lund M.W., Pessina G. Temperature characterization of deep and shallow defect centers of low noise silicon JFETs // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2004. – Vol. 517. – N. 1–3.– P. 313–336.
8. Shichman H., Hodges D.A. Modeling and simulation of insulatedgate field-effect transistor switching circuits // IEEE Journal of Solid-State Circuits. – 1968. – Vol. 3. – N. 3. – P. 285–289.
9. GaAs FET Device and Circuit Simulatin in Spice / H. Statz, P. Newman, I. Smith et al. // IEEE Trans. Electron Devices. – 1987. – Vol. ED-34. – P. 160–169.
10. Automation of parameter extraction procedure for Si JFET SPICE model in the −200…+110°C temperature range/ K.O. Petrosyants, M.R. Ismail-zade, L.M. Sambursky et al. // Proc. of Electronic and Networking Technologies (MWENT) / IEEE. – Moscow, 2018. – P. 1–5.
11. The accounting of the simultaneous exposure of the low temperatures and the penetrating radiation at the circuit simulation of the BiJFET analog interfaces of the sensors. / Dvornikov O. V., Dziatlau V. L., Prokopenko et al. // In Control and Communications (SIBCON), 2017 International Siberian Conference on / IEEE. – 2017. – P. 1–6.
12. Sze S.M. Physics of semiconductor devices. – N.Y.: J. Wiley and Sons, 1981. – 868 p.
13. Gutierrez-D E.A., Dean J., Claeys C. (Eds.). Low temperature electronics: phys-ics, devices, circuits, and applications. – Academic Press, 2000. – 964 p.
14. Sreelakshmi K., Satyam M. Estimation of low temperature characteristics of JFETs from their room-temperature characteristics // Cryogenics. – 1996. – Vol. 36. – N. 5. – P. 325–331.
15. Antognetti P., Massobrio G. Semiconductor device modeling with SPICE. – Se-cond Edition. – McGraw-Hill, Inc., 1993. – 479 p.