Главная Промышленная автоматика.

получены эпитаксией из паровой фазы или ионной имплантацией Si или Si и Mg в высокочистый эпитаксиальный буферный слой. Слой, полученный имплантированием кремния, имел длинный легирующий хвост в буферном слое. Этот длинный хвост может быть компенсирован имплантацией Mg в эту область. Тем не менее резкость легирующего профиля на границе хуже, чем та, которая образуется при эпитаксии из паровой фазы. Характеристики малошумящих транзисторов, изготовленных из пластин трех описанных типов, приведены в табл. 6.1. Как видно из таблицы, токи стока в режиме насыщения транзисторов почти одинаковы. Однако напряжение отсечки Ui .j значительно больше, а крутизна S значительно меньше для имплантированных кремнием приборов, что объясняется наличием длинного хвоста. Минимальные для этих приборов Ащ = 3,2 дБ на / = 8 ГГц и 3,7 дБ на 12 ГГц были получены при токе стока 20 мА, а не при 10 мА, как для других приборов. Этот коэффициент шума примерно на 1 дБ больше, чем у транзисторов, полученных эпитаксией из паровой фазы. Разница в основном объясняется различием по форме профиля легирования на границе раздела.

Таблица 6.1, Характеристики на постоянном токе и СВЧ малошумящих GaAs ПТШ, изготовленных на подложках с различными профилями легирования

Метод формирования канала

Метод формирования подложки

Имплантация

< s

е-0 S

<;

8 ГГц

12 ГГц

«

«

а i<

Ионная

Эпитак-

10,2

импланта-

сия GaAs

То же

То же

Si +Mg

10,7

Эпитаксия

11,2

10,0

Паразитные сопротивления затвора и стока. Как показано в гл. 5, основными источниками шума являются паразитные сопротивления истока и затвора. Уменьшение этих сопротивлений столь же важно, как и укорочение длины затвора. Сопротивление затвора можно уменьшить введением двух контактных площадок затвора или применением структуры затвора, показанной на рис. 6.16.

Одним из наиболее эффективных методов уменьшения сопротивления истока является углубление области затвора, как показано на рис. 6.1 е. Этот метод довольно эффективен даже при отсутствии на поверхности «+-СЛОЯ [13].

На рис. 6.8 показано уменьшение сопротивления истока с возрастанием размера углубления затвора без поверхностного «"""-контактного слоя для транзистора с затвором длиной 0,5 мкм (рис. 6.26). Концентрация носителей в активном слое около 2,5 • 10" см. толщина канала в активном слое



Рис. 6.8. Зависимость сопротивления истока от размера углубления для прибора, топология которого представлена на рис. 6.26; общая ширина затвора 280 мкм


О 0,1 {Поверхность)

0,2 0,3 0,4 0,5 Углубление, мкм

под затвором равна примерно 0,1 мкм. Сопротивление истока может быть оценено измерением сначала потенциала между истоком и затвором при малых прямых токах затвора [4].

Сопротивление истока для нулевого углубления на этом рисунке означает сопротивление истока планарного транзистора без всякого углубления области затвора, обусловленное, вероятно, поверхностным обедненным слоем. Сопротивление истока равно примерно 6 Ом, что значительно выше расчетного значения. При этом учитываются удельное сопротивление и размеры активной области (расстояние от истока до затвора 1 мкм, общая ширина затвора 200 мкм). Экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что на поверхности GaAs при концентрации носителей активного слоя 2,5 • 10* см"существует обедненный слой толщиной примерно 40 нм с высокой плотностью поверхностных состояний. Такая толщина составляет более трети толщины активного слоя плоского малошумящего транзистора обычного типа. По этой причине сопротивление истока малошумящего ПТШ может быть уменьшено при углублении затвора значительно эффективнее, чем ожидалось из простых оценок. Сопротивление истока ПТШ с утопленным затвором может быть уменьшено менее чем до половины сопротивления истока плоского транзистора при размере углубления более 0,3 мкм (рис. 6.8). Теоретическая оценка свидетельствует, что если на поверхности будет «""-слой толщиной только 0,2 мкм, то уменьшение сопро-гивления истока будет составлять от 2 до 1,6 Ом при углублении 0,4 мкм.

Сопротивление затвора длиной 0,5 мкм обычного транзистора с двумя контактными площадками составит около 1 Ом при толщине слоя алюминия на затворе 0,5 мкм.

6.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ В СВЧ ДИАПАЗОНЕ

Типичные значения транзисторов с затворами длиной 0,5 и 1 мкм и с 1лубоко утопленным затвором представлены на рис. 6.9. Коэффициент шума на частоте 12 ГГц может быть снижен на 0,7 дБ уменьшением длины за-пюра с 1,0 до 0,5 мкм. Уменьшением сопротивления истока от 5 до 2 Ом коэффициент шума на частоте 12 ГГц уменьшается более чем на 0,5 дБ. I оответствующий коэффициент усиления также увеличивается от 0,5 до 1 дБ уменьшением длины затвора и сопротивления истока.




8 12

Частота, ГГц

Рис. 6.9. Зависимости минимального коэффициента шума и коэффициента усиления дня различных топологий или структур малошумящих GaAs ПТШ: * - NF 244 с затвором длиной I мкм (рис. 6.2а); - NE388 c затвором длиной 0,5 мкм (рис. б.2б) ; • - с глубоко утопленным затвором длиной 0,5 мкм

W го

Частота, Г Гц

Рис. 6.10. Коэффициенты шума однокаскад-ного и двухкаскадного усилителей, спроектированных на малошумящих ПТШ различных типов:

1,2- ПТШ с затвором длиной соответственно 1 и 0,5 мкм; 3, 4 - усилители на ПТШ с длиной затвора 1 и 0,5 .мкм соответственно; 5 - ПТШ с длиной утопленного saiBOpa 0,5 мкм

Лучший , полученный для ПТШ с глубоко утопленным затвором длиной 0,5 мкм, составляет 0,7 дБ на 4 ГГц, 1,2 дБ на 8 ГГц и 1,68 дБ на 12 ГГц с соответствующими коэффициентами усиления 15,5; 12,5 и 10,7 дБ [7]. Другие примеры параметров лучших малошумящих транзисторов, представленные в литературе до 1979 года, - это Ащ = 2,0 дБ на 14 ГГц [8] и К = = 2,4 дБ на 18 ГГц [4].

На рис. 6.10 приведены коэффициенты шума одно- и двухкаскадных усилителей, спроектированных с использованием ПТШ с длиной затвора 1 и 0,5 мкм. Одной из особенностей является то, что Кщ усилителей так же, как и ПТШ, уменьшается с ростом частоты линейно, в противоположность Ащ биполярных транзисторов, у которых /Гщ возрастает параболически с ростом частоты. Таким образом, шумовые свойства в диапазоне частот могут быть оценены из шумовых свойств на данной частоте. Малошумящий усилитель с Ащ = 2,2 дБ на/ = 12 ГГц был разработан [14] с использованием ПТШ с глубоко утопленным затвором длиной 0,5 мкм. Можно предполагать, что в ближайшем будущем могут быть разработаны усилители с = 4 дБ на 20 ГГц и 6 дБ на 30 ГГц,





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 [32] 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0042