Главная Промышленная автоматика.

ис. 9.3. Зависимости выходной мощ-111СТИ GaAs ПТШ с шириной затвора 00 мкм, длиной затвора 0,8 мкм, .1>и (/(.J, = 8В на частоте 15 ГГц от ровня входной мощности для прибо-

1>ов, изготовленных на одной и той же (ластике при п = 1,7 10" см" с раз-1ИЧНЫМ углублением затвора. Согла-

1 ование осуществлялось при каждом уровне мощности

2S 22

у/80нм / X/f45HK / f/SOHM /

ПНет /

f углубления /

1 1

/здВ

/одв

цой выходной мощности при любом коэффициенте усиления, необходимом /для работы прибора. Поэтому мощные приборы обычно работают при коэффициенте усиления от 4 до 8 дБ прн п= 1,7 • 10* см~ и оптимальном углублении затвора от 40 до 80 нм. В общем углубление должно составлять от 25 до 50% толщины канала под затвором. Измерения на других частотах также подтверждают это правило.

Существующие модели GaAs ПТШ все еще недостаточно ясно описывают влияние углубления затвора на СВЧ свойства. Использовались и другие структуры канала [8, 9], однако в этой области предстоит проделать значительную работу.

9.2.3. ДЛИНА ЗАТВОРА

Длина затвора является основным параметром прибора, определяющим его коэффициент усиления и рабочую частоту, так как коэффициент усиления снижается на 6 дБ на октаву при возрастании частоты. В общем желательно иметь более длинный затвор, который обеспечивает достаточный коэффициент усиления на рабочей частоте. Приборы с короткими затворами имеют более высокий коэффициент усиления, однако значительно сложнее в изготовлении и дают несколько меньшую выходную мощность. На рис. 9.4 показаны зависимости выходной мощности от входной на частоте 8 ГГц для двух приборов с затворами шириной 1 200 мкм, изготовленных на одной и той же пластине, но имеющих различную длину затвора. Все параметры, за исключением длины затвора, одинаковы. Приборы с менее длинным затвором имеют большую выходную мощность с ббльшим коэффициентом усиления, чем приборы с более длинным затвором, однако при коэффициенте усиления, меньшем 6 дБ, прибор с более длинным затвором дает большую выходную мощность. Выбор длины затвора определяется необходимым для прибора коэффициентом усиления.

Для получения большой выходной мощности и КПД GaAs ПТШ работают вблизи или ниже мощности насыщения. Это происходит тогда, когда




Рис. 9.4. Зависимости выходной мощности (--) и

КПД {---) от уровня мощности на входе на частоте 8 ГГц для GaAs ПТШ, изготовленных на одной пластине с различной длиной затвора, при t/c„ = 8B

высокочастотная входная мощность возрастает до уровня, при котором коэффитщент усиления прибора примерно на 6 дБ "м" ниже максимального зна-

чения малосигнального коэффициента усиления. Обычно мощные ПТШ используются при коэффициенте усиления не менее 5-6 дБ. При стандартной конструкции прибора в этом случае на частоте 10 ГГц длина затвора должна быть от 0,75 до 1 мкм; 1,5 мкм на частоте 8 ГГц и 0,5 мкм на частоте 15 ГГц. Однако эти требования значительно изменяются под воздействием других факторов. Например, конструкция прибора с малыми значениями индуктив-ностей истоковьтх выводов может обеспечивать достаточно высокий коэффициент усиления для того, чтобы позволить использование длинных затворов; приборы, работающие при коэффиодснте усиления, равном 8 дБ, требуют применения менее длинных затворов.

9 2.4. ШИРИНА ЗУЬЦА ЗАТВОРА

Если индивидуальньи зубцы затвора сделаны слишком широкими, то СВЧ сигнал будет испытывать избыточное затухание и фазовый сдвиг при распространении вдоль плоскости затвора, в результате чего коэффициент усиления будет снижаться. Это в особенности справедливо для затворов с короткой длиной. Однако очень важно изготовить зубцы затвора как можно тнире в мощных приборах, поскольку это позволяет применить кристаллы с меньитими размерами при данной общей ширине затвора. Расчеты и измерения, проведенные в нашей лаборатории, показывают [10], что при длине

Рис 9.S Уменьшение коэффицисша усиления СаА П1Ш на различных частотах в зависимости от ишрины зубца единичного затвора прибора типовой cip\ ктуры при Л„ - S6 Ом/мм, С\ - 11 пф/мм; /о - 0,7 нГн/мм; 5 , 0,77 мЛ/ (В мм)


Постоянный ток

0,1 0,2 0,1 0.4 0,5 Ьирина lamOopa, мм



штвора 1 мкм и толщине затвора 0,4 мкм коэффициент усиления значительно уменьшается, если ширина зубца затвора выбрана более 150 мкм. Результаты расчетов для типичной структуры диапазона 8-12 ГГц с длиной затвора 1 мкм показаны на рис. 9,5. Неожиданным оказался тот факт, что коэффициент усиления уменьшается практически независимо от ширины зубцов затвора, используемых в ПТШ на GaAs вплоть до частот примерно 30 ГГц. Для затворов длиной 0,5 мкм расчеты свидетельствуют о значительном уменьшении коэффициента усиления в случае тпирины зубцов затвора 75- 100мкм, однако измерения были затруднены из-за значительной индуктивности истоковых выводов на сравниваемых структурах [10].

9.2,5 РАССТОЯНИЕ ИСТОК - СТОК

Сравнивались приборы, изготовленные по оданаковой технологии и на одной и той же пластине, но с расстоянием исток-сток 3 и 5 мкм соответственно Приборы с расстоянием 3 мкм характеризовались несколько меньшим напряжением насыщения и большей крутизной, чем приборы с расстоя-ниe. 5 мкм, что было обусловлено уменьшением паразитного сопротивления. Они различались также и по СВЧ свойствам. Измерения на частоте 15 ГГц продемонстрировали, что приборы с расстоянием 3 мкм имели не-CKOjbKo меньший малосигнальный коэффициент усиления, одаако более пысокую выходную мощность, чем приборы с расстоянием 5 мкм. К сожа-1ению, они были значительно чувствительнее к пробою гфи напряжении стока, равном 8 В. Интересно отметить, i уменьшение расстояния исток сток производат такой же эффект, как и у. лубление затвора уменьшается коэф-[)ициент усиления и увеличивается 11 ходная мощность. В обычных струк-lypax мощных приборов для обес, t едия надежной работы используется расстояшс исток-сток 5 мкм. Оу iKO если использовать возможности увеличения напряжения стока (например, введением «"""-слоя под омическими контактами), можно значительно повысить выходную мощность при у.\1сньшении расстояния исток-сток.

9.3. ОБЪЕДИНЕНИЕ ЯЧЕЕК

После оптимизации СВЧ свойств отдельных ячеек необходимо эффективно объеди-ни1Ь hv параллельно для того, чтобы получить высокую выходную мопдтость При юм, bojmo.,<io, фебования высокого КПД соединения ячеек могут привести к измспешчо конструкции здной ячейки. Например, чтобы уменьшить размер составного криегаа-ла до разумной велишны, может оказаться необходимым уменьшить истоковые п.ю щадки до такой степени, что их нельзя будет соединить 1срмокомпрсссионпой проволо кой В этом случае необходимо применить какой-либо иной способ ос>щес вления двухслойной металлизации,

Д(я того чтобы эффективно объединить отдельные ячейки, следует выполнить различные требования тепловое сопрогивление прибора пе должно быть болыпчм, возбуждение каждой ячейки должно быть однородны.м, т е. размер прибора должен быть выбран меньшим длины волны; индуктивность проволочных выводов не должна бьпъ чрезмерно большой; должна суптествовать возможность согласования входного и выходного сопрогивлений приборов.





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

0.0039