Главная Промышленная автоматика.

iiDCTb 1,5 Вт на частоте 10 ГГц с коэффициентом усиления 6 дБ и КПД = 30%. Далее предположим, что процесс изготовления должен быть относи-ольно простой и процент выхода ~ высокий, позволяющий изготовление !риборов в большом количестве. Кроме того, прибор должен быть высоко-адежным.

Требование простоты изготовления и высокого процента выхода годных ПТШ исключает применение «"""-контактных областей и гальванического теплоотвода, поскольку они слабо влияют на заданные параметры. Выходная мощность 1,5 Вт может быть получена от прибора с пшриной затвора 2400 мкм. Большая ширина затвора, позволяюшая получить высокую выходную мощность, нежелательна, поскольку уменьшится КПД при мощности 1,5 Вт. Можно применить две ячейки с шириной затвора 1200 мкм каждая. Четыре ячейки с шириной затвора 600 мкм каждая будут иметь меньшую истоковую индуктивность проводов и больший коэффициент усиления, однако трудоемкость сборки повысится и, следовательно, будет ниже процент выхода годных транзисторов. Поскольку требования по усилению могут быть удовлетворены двумя ячейками, более предпочтительной является именно такая конструкция. Можно также рассмотреть применение прибора с большой пшриной затвора, работающего при меньших напряжениях стока (от 5 до 6 В вместо 8 В) для получения выходной мощности 1,5 Вт с таким же КПД, поскольку надежность будет выше при меньших рабочих напряжениях. Однако при напряжении 8 В получается вполне приемлемая надежность, а коэффициент усиления уменьшается с уменьшением напряжения. К тому же процент выхода годных приборов с большей шириной эатвора меньше, их сопротивления значительно труднее согласовать и при конструировании пеней удобнее применять приборы с малыми токами и более высокими напряжениями, чем с малыми питающими напряжениями и большими токами. Если конструировать прибор с меньшей шириной затвора и более высокими стоковыми напряжениями, то возникают проблемы с обеспечением надежности, которую можно повысить, вводя «""-области под омическими контактами.

Длина затвора 0,8 мкм, вероятно, требуется для обеспечения коэффициента усиления прибора не менее 6 дБ. Если не имеется удовлетворительной техники для осуществления процесса литографии, способной обеспечить такую длину затвора, то следует применять большую длину затвора и увеличивать усиле1ше уменьшением истоковой индуктивности проводов. Необходимо иметь высокопроизводительный процесс формирования затвора даже за счет усложнения конструкции прибора для получения большого коэффициента усиления и высокого процента выхода годных.

Активный слой нужно легировать до уровня 1,2-Ю" см~, и толщина его должна быть такова, чтобы 800 мА для прибора с шириной затво-

ра 2400 мкм. Для обеспечния больших коэффициента усиления и выходной мощности углубление затвора желательно делать равным примерно 100 нм. Ширина зубца затвора должна быть 150 мкм для того, чтобы было лучшее соответствие между числом зубцов и уменьшением коэффициента усилетшя,



обусловленного распространением сигнала вдоль зубца. Расстояние исток-сток должно быть 5 мкм для получения высоких процента выхода годных приборов и надежности, сочетающихся с простотой процесса изготовления (т. е. без «"-контактов) .

Толщина кристалла 100 мкм выбирается исходя из условий сочетания низкого теплового сопротивления и удобства работы с кристаллом. Истоковые площадки должны быть щириной 50 - 75 мкм. Обеспечивать меньшую ширину площадок нет необходимости, поскольку размер кристалла получается не более 2 мм с общей шириной затвора 2400 мкм. Для того чтобы уменьшить трудоемкость термокомпрессии и индуктивность истока без значительного увеличения сложности процесса, можно применить воздушные мостики для соединений.

Ясно, что конструирование мощных GaAs ПТШ - это комплексный процесс, включающий многие особенности технологического процесса изготовления и другие факторы (такие, как стоимость прибора, процент выхода годных, надежность), которые не могут не учитываться. В описанном процессе конструирования многие факторы выбраны не на основе точных количественных результатов, а на основе принятых допущений, поскольку точных расчетов пока нет. Другие проблемы производства и выпуска ПТШ не рассмотрены из-за ограниченности объема книги.

Поскольку мощные ПТШ на GaAs постоянно совершенствуются и происходит процесс накопления данных по оптимизации конструкции прибора, очевидно, в дальнейшем процесс выбора конструктивных элементов прибора будет сведен к выбору определенной точки на графике.

9.5. СВОЙСТВА ПТШ В СВЧ ДИАПАЗОНЕ

В течение последних нескольких лет были изготовлены и испытаны в фирме Texas Instruments мощные ПТШ на GaAs с различными параметрами. Параметры лучших приборов приведены в табл. 9.1. В этих приборах низкая индуктивность истоковых проводов обеспечена заземлением этих проводов между ячейками, применением отдельных кристаллов или гальванического теплоотвода.

Почти все результаты, приведенные в табл. 9.1 в диапазоне частот от 8 до 12 ГГц, были получены от приборов, имеющих одну или более ячеек, подобных изображенной на рис. 9.1. В приборах с четырьмя ячейками ширина затвора каждого составляла 1,2 мм, истоковые площадки соединялись проводами, как показано на рис. 9.6. Длина затвора - от 0,7 до 1 мкм, расстояние исток-сток - от 5 до 6 мкм, ширина зубца затвора - 150 мкм. Активный слой легирован до уровня от 8-10* до 1,2 10*см". Затвор углублен на 0,1 - 0,2 мкм и изменялся в диапазоне от 300 до 400 мА на 1 мм ширины затвора. Кристалл с общей шириной затвора, равной 6,4 мм, имел зубцы затвора шириной 200 мкм, и, следовательно, ширина затвора отдельной ячейки была равна 1,6 мм. Остальные параметры идентичны. Прибор с общей шириной затвора 9,6 мм содержал восемь ячеек, соединенных параллельно, с шириной затвора 1,2 мм каждая. Прибор с длиной затво-



Таблица 9,1. Параметры лучших мощных GaAs ПТШ

Частота, ГГц

Выходная мощность, Вт

Коэффициент усиления, дБ

КПД, %

Длина затвора, мкм

Общая ширина затвора, мм

Напряжение стока, В

Число ячеек

4,8*

4,8*

0,87

2,4*

2,4*

0,85

1,2*

"Конструкция с уменьшенной индуктивностью в истоке.

ра 2,5 мкм содержал две ячейки с четырьмя зубцами шириной 150 мкм каждый, однако во всем остальном ячейки были одинаковые.

Результаты в диапазоне частот от 15 до 16 ГГц получены на приборах, подобных тем, которые изображены на рис, 9.7. Эти приборы состоят из ячеек с шириной затвора 0,6 мм каждая, и их истоковые площадки соединены воздушными мостиками. Приборы изготовлены на общем гальваническом теплоотводе: длина затвора 0,7 мкм, расстояние исток-сток 5 мкм и ширина зубца затвора 5 мкм. Активный слой бьш легирован от уровня 1,5-10" до 2-10 см". Углубление затвора изменялось от 0,05 до 0,1 мкм, и лежал в диапазоне 300 - 400 мА на 1 мм ширины затвора. Приборы, работающие на частоте 18 ГГц, содержали четыре ячейки с шириной затвора 300 мкм каждый; расстояние исток-сток бьшо равно 3 мкм, и истоковые площадки соединены проволочными выводами. Остальные параметры - такие же, как у приборов с воздушными мостиками. Результаты на частоте





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