Главная Промышленная автоматика.


Рис. 10.9. Зависимости коэффициента усиления ПТШ при U = 14 В от удельной входной мощности на 1 мм ширины затвора на частоте 6 ГГц. Параметром является общая ширина затвора. Ширина единичного зубца затвора 500 мкм

более высоких напряжениях на стоке. Выбранный диапазон входной мощности соответствует режиму большого сигнала для типичных мощных приборов с выходной мощностью Рц, = 0,25 ... ... 1,0 Вт/мм. Каждая точка на графиках соответствует усредненной совокупности измеренных величин с разбросом примерно 1 дБ. Заключаем, что при фиксированной входной мощности имеется явная тенденция в направлении уменьшения коэффициента усиления с возрастанием размера кристалла. Неожиданным оказался результат, согласно которому для одного и того же прибора с затвором шириной 16 мм коэффициент усиления значительно выше на частоте 7 ГГц, чем на частоте 4 ГГц, что является прямо противоположным изменению мопщости насыщения.

Теперь можно спросить, с помощью каких изменений конструкции можно повысить коэффициент усиления, зависимости которого приведены на рис. 10.8 и 10.9. Во-первых, необходимо отметить, что потери коэффициента усиления в диапазоне частот от 4 до 7 ГГц составляют от 1 до 2 дБ. Эти значения лишь немного превышают значения, полученные при анализе мощности насыщения, и немного меньше потерь, равных 4,9 дБ, предсказываемых теорией малого сигнала (т. е. А"у ~/"). Таким образом, сомнительно, чтобы конструкторские предпосылки, получаемые из анализа при малом сигнале, бьши применены к мощному ПТШ. Мы определили, например, что параметры прибора на частоте 7 ГГц не зависят от ширины зубца затвора во всяком случае до величины 500 мкм и длины затвора по меньшей мере до 2,5 мкм. Найдено, что даже на высоких частотах (12 ГГц) может быть получен коэффициент усиления более 10 дБ для приборов с длиной затвора 2 мкм {W. = = 1 мм). Утверждение о том, что длина затвора и ширина зубца затвора ограничены работой в диапазоне 8 - 12 ГГц, остается в силе.

10.9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этом обзоре рассмотрены важнейшие для изготовления мощных ПТШ факторы: технология материала GaAs, технологические процессы, геомет-



)ия пространства исток-сток, металлические слои в кристалле, тепловой 1)асчет и конструирование. На протяжении обсуждения подчеркивалось, что подавление внезапного отказа, развивающегося на стоковом контакте, а также управление пробоем затвор-сток являются ключевыми вопросами н получении максимальной выходной мощности. Увеличение пробивных напряжений может быть достигнуто введением углубленной структуры затвора. В оригинальной конструкции, в которой использован «-контактный слой с выступом в области стока на 2 мкм, была достигнута мощность 4 - 5 Вт/мм, не приводящая к пробою прибора. Высокочастотная выходная мощность может быть существенно повышена за счет предотвращения развития пробоя в пространстве затвор-сток. Для оптимального конструирования канала необходимо учитывать следующие положения: 1) пространственный заряд в выходном промежутке затвор-сток ПТШ должен быть минимальным, что является основным средством для достижения более высоких пробивных напряжений, чем предсказывалось одномерной объемной теорией пробоя; 2) пространственный заряд в выходном промежутке затвор-сток должен согласовываться с зарядом, находящимся под затвором и необходимым для получения максимального управляемого тока на высокой частоте; 3) затвор должен быть углублен в затворной канавке на глубине, сравшмой с толщиной поверхностного обедненного слоя. Экспериментально обнаружено, что двумерная модель бокового распространения пригодна при 2ед < 2,3 • 10 см" и не зависит от уровня легирования активного слоя в диапазоне 2<«/10* см" <20. Для лучшего управления процессом травления, когда формируется канал транзистора, выбран нижний предел области легирования. Поскольку описываемые приборы работают при токе стока около 10 мА/мм и напряжении на стоке, равном 14 В, канал утоньшается до достижения тока 350мА/мм, с тем чтобы ток насыщения стока при нулевом смещении на затворе составлял около 200 мА/мм. При таких условиях выходная мощность возрастает с ростом напряжения на стоке вплоть до напряжения 25 В, однако неидеальность технологического процесса, проявляющаяся, например, в виде неровного края затвора из алюминия, или наличие заряда ц пленке нитрида кремния может послужить причиной преждевременного пробоя, ограничивающего СВЧ параметры приборов.

Подчеркнута важность надлежащего конструирования канала с целью ограничения плотности тока до величины более 2 10 А/см и роста температуры более чем 50°С. Кратко рассмотрен выбор сплава AuGe для омического контакта, А1 для затвора, Ti-Pt-Au для толстого верхнего слоя металлизации, как и нитрида кремния в качестве предпочтительного слоя для пассивации.

В конце представлены результаты, показывающие, что СВЧ мощность насыщения на единицу ширины затвора в диапазоне частот от 4 до 7 ГГц: 1) не зависит от длины затвора для 1 мкм <з < 2,5 мкм; 2) не зависит от ширины зубца затвора для 125 мкм <Wj< 500 мкм; 3) не зависит от общей ширины затвора И вплоть до значения 8 мм и падает на 0,5 дБ на



частоте 4 ГГи и 1,2 дЬ ьа частоте 7 ГГц для приГюра с W. = 16 мм; 4) уменьшается на 1,3 дБ при сравнении результатов измерения мощности в диапазоне от 4 до 7 ГГц для приборов с шириной затвора от 1 до 8 мм и на 2 дБ для приборов с шириной затвора 15 v\..

В результате заюаочаем, чти СВЧ счойства приборов с затвором шириной 500 мкм и длиной 2 мкм в диапазоне частот oi 4 до 7 ГГц не ухудшаются.

На частотах 4 и 7 ГГц при .малом уровне входного высокочастотного сигнала было устаиов-лечо, что 1) тшблюдается общая тенденция к уменьшению коэффициента усиления (примерно 2 дБ] с возрастанием размера кристалла 1 мм < < 15 мм. Заметим, что есть иск.лючение: па частоте 4 ГГц прибор с шириной затвора 16 m-i имел коэффищ1епт усиления на 3,5 дБ меньше, чем прибор с щ-ириной ;я1вог>г. 1 мм; 2) уменьшение меньше того, которое предсказывается теорией чля малого сигнала 3) уменьп!сние не зависит от ширины зубца зптвора в области 125 мкм < И- < 500 мкм; 4) уменьшение оказывается пе зависящим от ширины зубпа до значений И- = 500 мкм при обшей ширине затвора 8 мм.

Таким образом, опгил.альное конструирование мощных IITLi это комплексный выбор многих нарамегроь. "Искусство изготовления" приборов фирмы BTL - это: 1) ылбор режима заботы при огиосительно малых токах смещения (ЮОмА/мм) и высоких напряжениях смещения (14 В); 2) выбор больших размеров затвора (2X500 мкм)" 3) изготовление приборов при относительно низких уровнях легирования канала (3<п/10* см""* < < 7). Как правило, припцины ксиструирования ПТШ, принятые в других лабораториях, отвечают следующим хребованиям. 1) режим работы при больших уровнях тока (200 мА/мм), но при низких напряжениях смещения на стоке (10 В); 2) иоюльзоварые затворов меньшей длины и ширины (1X200 мкм); 3) испо !ьзование высокого уровня легирования канала (10 см"). Во всех остэльних отношениях (использование углубления в пространстве между стоким и истоком, системы мета;и1ИЗаЩШ к топологии кристалла) приборы qmpMbi В1 L подобны приборам разрабаплваемым в других лабораториях.





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