Главная Промышленная автоматика.

291.

"1-6

50 100 ISO 200 250 300 Ширина зубца затвора, мкм

50 ,0 30 20 5 10

Рис. 8.10. Экспериментальные зависимости коэффициента усиления, выходной мощности и КПД от ширины зубца затвора при f/си- 10 В: / -/ = 6,4 ГГц; 2 -/=8,3 ГГц

/глиной затвора около 1,3 мкм, работающие в диапазоне 4-8 ГГц, Свойства трех различных приборов с равной шириной зубцов затвора в СВЧ диапазоне обобщены и представлены на рис. 8.10. Нет никакого заметного ухудшения СВЧ свойств, обусловленных потерями передачи затвора, вплоть до ширины зубцов затвора в 250 мкм на частоте 6 ГГц и около 200 мкм на частоте 8 ГГц. Данные экспериментальные результаты несколько отличаются от результатов расчета, представленных на рис. 8.9. Возможно, что отлиаде обусловливается влиянием таких факторов, как физический размер кристалла, тепловое сопротивление или паразитные емкости. Экспериментальные результаты свидетельствуют, наконец, о том, что СВЧ свойства не очень чувствительны к ширине зубца )атвора.

8.2.2, ТЕПЛОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Для улучшения надежности и свойств мощного GaAs ПТШ очень важно

снизить рост температуры его активной области. Тепловое сопротивление

ПТШ в первую очередь определяется следующими факторами;

1) расстоянием между активными областями Ид;

Расстояние с тик - исток (и мкм)

Источник тепла

Алина стока, истока (G1


Ширина зудиа зат8ара[УЧ,,]

Толщина подложки (Н)

А-А Б

Поток тепла

Теплаатвад из меди -jt

Б-5 И,


Источник тепла

Полуизаларутая подлажка GaAs

меди I -


Рис. 8.11. Тепловая модель мощного GaAs ПТШ




20 G,MKM

Рис. 8.12. Расчетное тепловое сопротивление в зависимости от расстояния затвор - затвор при

Я= 120 мкм, i„c мкм: ---= 75 мкм; - ~ 100 ыкы

2) шириной зубца затвора (W) ;

3) толщиной подложки (Я). Хотя реальные тепловые процессы в

структуре GaAs ПТШ очень сложны, их можно промоделировать, как указано на рис. 8.11 [15]. Главные допущения такого моделирования следующие:

1) медный теплоотвод полубесконечен;

2) тепло не течет в пределах угла 45° от поверхности;

3) когда пересекаются два тепловых потока, общий тепловой поток становится параллельным и течет к теплоотводу.

В качестве примера на рис. 8.12 представлены расчетные зависимости теплового сопротивления от расстояния между каждой активной областью затвор - затвор для различной общей ширины затвора Тепловое сопротивление очень чувствительно к расстоянию между активными областями {W и зависит от ширины зубца затвора, в особенности, если она не менее 100 мкм. Подложка должна быть настолько тонкой, насколько это возможно. Однако толщина ограничена возможностью работы с подложкой.

Экспериментальные результаты показаны на рис. 8.12. Хотя они несколько лучше ожидаемых (предсказанных), они довольно хорошо согласуются с ними.

Как описано в разд. 8.1, существуют различные структуры приборов или способы монтажа, которые уменьшают тепловое сопротивление: "обратный" монтаж [17, 18], соединение с помощью отверстий [19]. В этих структурах тепловой поток более сложен и пока для них не существует ни теоретических, ни экспериментальных исследований.

8.2.3. ТОПОЛОГИЯ ПТШ И СТРУКТУРЫ

Структуры мощных ПТШ можно условно классифицировать следующим образом:

с пересечением

диэлектрическая изоляция изоляция воздушными мостиками

без пересечений

{проволочные соединения "обратный" монтаж соединение через "отверстия

Каждая из этих структур имеет свои недостатки и свои достоинства. 122



S u a 0

iiiiiHiii

iJ u Ij l) i J- lj"


Рис. 8.13. Общий вид двух структур ПТШ с изоляцией в местах пересечения: а - ПТШ фирмы I ujitsu; б - ПТШ фирмы NEC

Два образца структур с пересечением через диэлектрическую изоляцию показаны на рис. 8.13. В качестве диэлектрика обычно используется Si02, полученный методом химического газового осаждения. Для этой структуры характерны большая плотность упаковки (общая ширина затвора на единицу площади), простой процесс монтажа, обусловленный меньшим числом монтажных площадок, однако она требует тщательно отработанного процесса изготовления, включая низкотемпературное осаждение ЗЮг и технологию пересечения металл-металл. Разработанный фирмой Fujitsu транзистор диапазона 4-8 ГГц (рис. 8.13д) имеет зубцы затвора шириной 100 мкм, примерное расстояние между затворами 14 мкм и общую ширину затвора 13 мм при размере кристалла 2,1X0,5 мм [20]. Прибор, разработанный фирмой NEC для использования в диапазоне 4-8 ГГц, характеризовался шириной зубца затвора 200 мкм, расстоянием между затворами 25 мкм и общей шириной затвора 15 мм при размере кристалла 2,2X0,65 мм [16]. Ьыло оценено, что у последнего прибора примерно на 15% более высокая плотность упаковки и примерно на 20% ниже тепловое сопротивление, чем у первого, в основном из-за более длинных зубцов затвора и большего расстояния между затворами. Исток такой структуры прибора может быть (аземлен методом "торцевого" заземления [13] или металлизацией боковой плоскости кристалла.

Структура с изоляцией воздушными зазорами, или структура с воздуш-11,1ми мостиками [21, 22], показана на рис. 8.14. Обычно она изготавлива-г[ся гальваническим осаждением толстого слоя золота на очень толстый слой сн)торезиста с дельнейшим удалением фоторезиста. Поскольку электроды и юлированы с помощью воздуха, емкость пересечения в этом случае значительно меньше, чем с изоляцией пленкой Si02. Однако, как было опуб-1иковано в [23], емкость пересечения с изоляцией ЗЮг меньше паразит-





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

0.0038