иажным является отношение ширины затвора к толщине подложки. Когда это отношение большое, например для приборов с шириной зубцов затвора 500 мкм, охлаждение активной области совершенно незначительно. Однако это может быть неверно при ширине полосок затворов 100 мкм, так что для данного значения теплового сопротивления узкие затворы позволяют применять более толстые подложки. Когда отвод тепла затруднен, например в приборах с зубцами затвора шириной 500 мкм, основная задача конструирования заключается в поддерживании такого расстояния затвор-затвор, которое равно или больше толщины подложки. Для некоторых из наших приборов это простое правило выполняется автоматически, поскольку к такому соотношению при выборе топологии побуждают другие, не тепловые, факторы. Так, при размере стоковых контактных площадок 125 мкм (или даже 75 мкм) на мезаструктуре и размере истоковых полосок, определяемых плотностью тока 2 • 10 А/см, возникает электромиграция металлов. Чтобы избежать этого, среднее расстояние между затворами необходимо сделать значительно больше 30- 50 мкм, т.е. больше величины, соответствующей толщине подложек наших приборов."

10.7.2. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЗАТВОГОВ

На рис. 10.5 показана фотография прибора, лредназначенного для использования на частотах 4 и 7 ГГц. Кристалл содержит 12 затворов, ширина каждого зубца 500 мкм, затворы обьединены двумя контактными площадками. Истоковые полоски соединяются с общей шиной истока на краю кристалла, которая проводами соединяется с заземленным корпусом. Имеется шесть стоковых площадок размером 125 Х500 мкм, размещенных на мезаструктуре прибора. Усредненное расстояние затвор-затвор в этой конструкции равно 95 мкм. Каждый сток индивидуально соединяется со стоковым выводом корпуса золотыми полосками шириной 50 мкм. На основе этого подхода были применены различные комбинации значений ширины затворов (125, 250, 500 мкм) и числа затворов (2, 4,... , 64) для получения приборов с общей шириной затвора от 0,5 до 32 мм. На рис. 10.6 показан трехкристальный прибор в корпусе с шириной затвора 24 мм.

Были испытаны также конструкции прибора с соединением истоков сквозными отверстиями [13]. Такие конструкции обладают следующими достоинствами; 1) низкой индуктивностью истока; 2) уменьшенной стоимостью сборки; 3) более эффективным использованием GaAs, в особенности при ширине зубцов затвора менее 500 мкм.

Было проведено много измерений параметров приборов со сквозным соединешем истоков на частотах до 12 ГГц и найдено, что на частотах выше 7 ГГц увеличение коэффициента усиления может быть значительным (несколько децибел на 12 ГГц). Оказа-

Шина затвора -

Контактные площадки jam вор а

Сток

Сток

Сток

Сток

Сток

Сток

Шина и контактная площадка истока

Рис. 10.5. Фотография мощного GaAs ПТШ с шириной затвора 6 мм

Рис 10 6 Фоторафия смонтированного в корпусе GaAs ГПШ с общей шириной затвора 24 мм

лось, что иа частоте 4 1Гц никаких особых преимуществ не существует, и даже на частоте 7 ГГц сквозной монтаж не приводил к \величсни10 мощности насыщения Хотя правильный выбор с учетом частоты, размера криста1ша и схемы заземления истоков оказывается относительно сложным, применение сквозного соединения истоков в приборах диапазона 8-12 ГГп является достаточно обоснованным

10.8. ХАРАКТЕРИСТИКИ В СВЧ ДИАПАЗОНЕ

10 8 1 МОЩНОСТЬ

Прямым путем к росту выходной мощности является увеличение числа ячеек прибора. Лучшие приборы фирмы BTL с затвором шириной 24 мм (3 KpncTajrna) дают выходную мо1Цность 18,5 Вт с коэффициентом усиления 3 дБ на частоте 4,4 ГГц [3], тогда как па частоте 7 ГГц прибор с шириной затвора 16 мм имеет мощность 8,6 Вт с коэффициентом усиления 3 дБ Однако дальнейшее увеличение общей ширины затвора ограничивается уменьшением эффективности прибора. Эш потери, связанные с линейными размерами, зависят не только от общего размера кристалла, но также от частоты и мощности. На рис. 10.7 отражены наблюдаемые нами тенденции в изменении мощности насыщения (при коэффициенте усиления 3 дБ) Заметим, что для приборов с шириной затвора 8 мм в диапазоне частот от 4 до 7 ГГц нет значительных потерь, связанных с размерами С другой стороны, приборы с затвором шириной 16 мм уже имеют несколько уменьшенную мощность о г 0,5 дБ на частоте 4 ГГ ц до 1,2 дБ ца частоте 7 ГГц Небольшие потери, связанные с размерами, были обнаружены также у приборов с затвором шириной 16 мм в лучших точках на частоте 4 1 Гц, полученнтх при напряжении 156

/ 2 3 4 5 6 7 8 9 Ю 11 12 13 14 t5 16 ОИщая ширина затдара, мм

Рис. 10 7. Зависимость удельной выходной мощности ПТШ на 1 мм щирины затвора При коэффициенте усиления 3 дБ от общей ширины затвора на частотах 4 ГГц (о; • - лучшие образцы) и 7 ГГц (□)

18 19 20 Р, Дбм/мм

Рис. 10.8. Зависимости коэффициента усиления ПТШ при U = 14 В от удельной входной мощности на 1 мм ширины затвора на частоте 4 ГГц Параметром является общая ширина затвора Ширина единичного зубца затвора 500 мкм

f/p=20B. Эти "лучцше" результаты приближаются к уровню мощности 1 Вт/мм.

Как показано на рис. 10.8, мощность насыщения, соответствующая возрастанию рабочей частоты от 4 до 7 ГГц, падает в среднем на 1,3 дБ для приборов с ti <8 мм, тогда как для приборов с шириной затвора 16 мм зти потери приближаются к 2 дБ Мы нашли, однако, что для специальных приборов с шириной затвора 8 мм или меньше эти потери мощности могут находиться в области от О до 2 дБ. Реальная величина не коррелирует ни с общей шириной затвора (1-8 мм), ни с шириной зубца затвора (125-500 мкм), ни с длиной затвора (1,0-2,5 мкм) Последние два результата показывают, что при использовании зубцов затвора размером 500X2 мкм будет получаться относительно небольшой проигрыш, во всяком случае в мощности насыщения.

10 8 2 КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ

Рассмотрим теперь коэффициент усиления при малой входной мощности. На рис. 10.8 и 10 9 представлены усредненные экспериментальные результаты на частотах 4 и 7 ГГц для наших "лучших" приборов с И-. = 1 мм, измеренных при напряжении U = 14 В Большее усиление наблюдалось при