Таблица 11.1. Экспериментальные данные значений теплового сопротивления серийных образцов мощных GaAs ПТШ

Все основные конструктивные параметры, за исключением IV (общая ширина затвора), определены на рис. 11.4. Сокращенные названия фирм расшифровываются следующим образом: Fuj (Fujitsu), NFC (Nippon Electric), BTL (Bell Laboratories), RCA (Radio Corporation of America), MSC (Microwave Semiconductor Corporation), МТБ (Mitsubishi), TI (Texas Instruments). Дпя сравнения с теоретическими данными значения тепловых сопротивпений, приведенных на рис. 11.6- 11.8, следует уменьшить примерно на 5%, что соответствует температуре окружающей среды 45° С (А: =0,04 Вт/(° С мм)). Расчетные значения в некоторых случаях необходимо экстраполировать за границы областей на рис. 11.6-11.8, однако это не должно приводить к заключению, что расчетные значения недостаточно хорошо совпадают с экспериментальными результатами.

Источники информации к табл. Ц.1: а - И. Fukui (частное сообщение) ;

б - измерения, проведенные на фирме RCA, Принстон, шт. Нью-Джерси, 08540;

в - И. М. Macksey, L. W. Joy. Reliability Evaluation of Power FLTs. Interim Technical Report RADC-TR-80-124, April 1980. Rome Air Development Center, Griffiss Air Force Base, New York, 13441.

Г- [12];

д - каталог фирмы Mitsubishi.

тальные результаты хорошо согласуются с данными расчетов при использовании трехмерной модели, описанной в разд. 11.2. В связи с неточностью эксперимента и погрешностью определения размеров подложки в настоящее время трудно ожидать совпадения лучшего, чем 10-20%. Однако для многих целей такого совпадения вполне достаточно. Более того, так как теория четко описывает влияние отдельных параметров, можно считать,

что рис. 11.6 - 11.8 обеспечивают полную информацию, необходимую для удовлетворительного конструирования ПТШ. В дополнение к этому с помощью рис. 11.3 можно учесть температурную зависимость коэффициента теплопроводности, что необходимо, например, при испытаниях на тепловую нагрузку.

Итак, каковы же основные принципы конструирования ПТШ с учетом тепловых процессов? Во-первых, разработчик должен предусмотреть минимально возможную толщину подложки, так как наименьщие значения теплового сопротивления соответствуют конструкции с прямым монтажом. Следующим параметром является пшрина зубца затвора W. Основные ограничения, накладываемые на этот параметр, обусловлены изменением фазы СВЧ сигнала вдоль затвора и его сопротивлением. Считается, что вплоть до частоты 12 ГГц необходимы узкие затворы (меньше 200 мкм), хотя далеко не все еще в этом вопросе ясно. На последнем этапе выбирается расстояние между затворами G. Необходимо отметить, что выбор расстояния G не является чисто тепловой проблемой. Приемлемое по тепловому режиму значение G может соответствовать чрезмерно большим значениям щют-ности тока на истоке и на стоке, вызывающим недопустимо высокую электромиграцию в металлических полосках. Таким образом, одновременно должны быть учтены требования по тепловому режиму и по плотности тока, особенно для конструкций с широким затвором. Сотрудниками фирмы Bell Laboratories было установлено, что при плотностях тока вплоть до 2-10 А/см при металлизации истока и стока золотом электромиграция незначительна. Дополнительные обстоятельства, требующие контроля межзатворного расстояния, возникают в тех случаях, когда металлизационный слой истока или стока является заземляющей площадкой. Требования по размерам контактной площадки могут превзойти требования как по тепловому режиму, так и по электромиграции. Если же используется заземление через отверстие в подложке, то межзатворное расстояние (и размеры подложки) могут быть уменьшены до величин, обусловленных требованиями по тепловому режиму и электромиграции.

В заключение остановимся на оценке действительной температуры канала мощного ПТШ во время работы в СВЧ режиме. В нормальном режиме смещения входная мощность по постоянному току составляет 1-1,5 Вт/мм (т.е. 100 мА/мм при = 14 В) . В зависимости от точки компрессии СВЧ мощности генерируемая выходная СВЧ мощность (т.е. выходная минус входная) составляет обычно 0,3 - 0,7 Вт/мм, так что результирующая мощность рассеивания составляет 1 Вт/мм или меньше. Это значит, что значения относительного теплового сопротивления, представленные на рис. 11.6-11.8, в первом приближении мало отличаются от истинных значений избыточной температуры канала. Следовательно, можно сказать, что GaAs ПТШ являются достаточно "холодными" приборами, в -которых легко получить температуру не выше 50°С.

Ч А с Т Ь VI

НАДЕЖНОСТЬ GaAs ПТШ ВВЕДЕНИЕ

В данной части сделан обзор механизмов отказов и вопросов надежности малошумящих и мощных GaAs ПТШ. Рассматриваются основные принципы механизмов отказов, таких как пробой приборов, нарушение металлизаци-онното слоя, постепенное изменение параметров приборов.

В начале обзора анализируются применяемые раз]шчными фирмами способы металлизации истока, стока и затвора приборов. Затем рассматриваются математический аппарат применительно к вопросам надежности, а именно логарифмически нормгшьное распределение и доверительные границы.

Всесторонний обзор проблем надежности малошумящих ПТШ на основе достаточно большого объема подтвержденных данных позволяет сделать заключетше о высокой надежности малошумящих GaAs ПТШ.

Однако с моннты.ми ПТШ на GaAs дело обстоит иначе. Они работают при значительно более высоких температурах и при более высоких напряжениях смещения, че.м малошумящие ПТШ. В связи с этим Д]тя мощных ТПЫ бстлее остро стоит проблема внезапных отказов. Этот вопрос обсуждается более детально и показывается, что соответствующим образом сконструированные мощные GaAs ПТШ могут работать в режимах, при которых отсутствует пробой.

Однако в связи с тем, что эти приб<фы работают при повышенной температуре, кроме проблемы внезапных отказов имеются проблемы постепенного изменения параметров приборов и нарушения металлизационных слоев. Эти вопросы также подробно обсуждаются, и делается вывод о том, что мощные ПТШ на GaAs могут быть также падежными, если проблемы надежности учесть должным образом при конструзтровании.

ГЛАВА 12 НАДЕЖНОСТЬ GaAs ПТШ

Лж. К. Эрвин

12.1. ВВЕДЕНИЕ

Предельные значения основнььх параметров GaAs ПТШ могут быть приближенно предсказаны исходя из электрофизических параметров материала и геометрических размеров затвора. Такие оценки очень важны, и,

Фирма Bell 1 aburutorsis, Марри-Хилл, nir. Нью-Джерси, США.