Главная Промышленная автоматика.

Ч А с Т Ь VII

ПРИМЕНЕНИЕ. GaAs ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрев в предыдущих главах вопросы, связанные с технологией изготовления GaAs ПТШ, перейдем теперь к обсуждению характеристик этих транзисторов и их применения на СВЧ. Полевые транзисторы широко используются в СВЧ диапазоне в качестве активных приборов, выполняющих самые разнообразные функции.

В гл. 13 будут обсуждены вольт-амперные характеристики ПТШ и их высокочастотные параметры. Она охватывает широкий спектр возможных вариантов применения на СВЧ современных GaAs ПТШ с учетом их структур, принципов проектирования и конкретных результатов. Рассмотрен также полевой транзистор с двумя затворами Шотки. За основу при этом взят обычный однозатворный ПТШ с заменой затвора двумя отдельными электродами, располагаемыми между истоком и стоком.

Наиболее широкое распространение в СВЧ диапазоне GaAs ПТШ получили в линейных и маломощных усилителях, а также в усилителях мощности. Вопросам применения GaAs ПТШ на СВЧ посвящена гл. 14. Наряду с рассмотрением методов проектирования линейных усилителей детально обсуждены вопросы их линейности. Отражены и вопросы технологии изготовления микрополосковых интегральных микросхем, наиболее распространенной в случае использования GaAs ПТШ в качестве активных приборов. Обсуждаются проблемы разработки усилителей на ПТШ, в частности в виде арсенид-гал-лиевых полупроводниковых интегральных микросхем СВЧ диапазона, актуальность которых постоянно возрастает.

В конце гл. 14 приводится обширный список литературных источников.

ГЛАВА 13

МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ СВОЙСТВА GaAs ПТШ Г. Д. Венделин 13.1. ВВЕДЕНИЕ

Арсенид-галлиевые полевые транзисторы являются одними из основных приборов, используемых в СВЧ технике, что объясняется их отличной способностью усиливать СВЧ сигналы (табл. 13.1). Хронологию создания полупроводниковых приборов можно представить следующим образом [1-9]:

1948 г. - германиевые точечно-контактные биполярные транзисторы;

Фирма I .iton, Саннивейл, шт. Калифорния , США.



1952 г. - описание полевого транзистора ср-«-переходом; 1960 г. - кремниевый планарный биполярный транзистор;

1965 г. - германиевый биполярный транзистор, работающий в диапазоне 1-2 ГГц;

1966 г. - полевой транзистор с затвором Шотки [1 ];

1969 г. - кремниевый ПТШ;

1970 г. - технология создания ПТШ на Si и GaAs;

1972 г. - малощумящий усилитель на GaAs ПТШ;

1973 г. - серийные GaAs ПТШ.

Таблица 13.1. Характеристики современных малошумящих и мощных ПТШ (1981)

Малошумящие ПТШ

Мощные ПТШ

Коэффициент

Частота,

Источник

Выходная мощ-

Частота,

Источник ин-

щума, дБ

информации

ность, Вт

формации

Один кристалл

18,5

Четыре кристагша

В настоящее время GaAs ПТШ пригодны для применения в малошумящих усилителях и усилителях мощности [10- 13]. Кроме того, они могут быть использованы на СВЧ и для других целей (например, в генераторах [14-17], смесителях [18- 19], переключателях [20-22], аттенюаторах [23-25], модуляторах [26], умножителях [27-28] и ограничителях [25]).

Основные принципы работы GaAs ПТШ могут быть объяснены с помощью рис. 13.1. С учетом закона Ома плотность тока, протекающего через область между омическими контактами истока и стока, представляющую собой линейный резистор, определяется следующим образом:

/ = аЕ.

Проводимость эпитаксиального слоя «-типа находится как

где подвижность Ai определяет дрейфовую скорость электронов:

V = рЕ.

Общий ток, протекающий через резистор, сформированный в эпитаксиальном слое толщиной а и шириной может быть найден следующим образом:

/, =М = {аЕ) {а W) = qNovaW. (13,4)

(13.1)

(13.2)

(13,3)

К данным полупроводниковым приборам необходимо добавить появившиеся в 1979 г. транзистор с проницаемой базой и гетероструктурные ПТШ. - Прим. перев. 216



1*ис. 13.1. Структуры и характеристики ПТШ: а - омические контакты истока (И) и стока (С); А - линейная область; В - область насыщения; б - обратносмещенный затвор Шотки; С ~ насыщение скорости

Эпитаксиальный слой п-типа

H3onupywuiaH подло/кка



с нас

При увеличении напряженности электрического поля в таком резисторе наблюдается насыщение скорости дрейфа, а следовательно, и тока стока 1. Затем между омическими контактами истока и стока формируется электрод затвора, представляющий собой барьер Шотки. При напряжении между затвором и истоком, равном нулю, зависимость тока стока от напряжения между стоком и истоком имеет как линейную область, так и область насыщения (ток насыщения „ар). При увеличении отрицательного (запирающего) напряжения между затвором и истоком в конечном счете можно достичь смыкания канала, что уменьшит ток по существу до нуля. Таким образом, ПТШ представляет собой резистор, изменяемый ток которого управляется напряжением на затворе.

Высокочастотный сигнал будет усиливаться в том случае, когда рабочая точка транзистора по постоянному току лежит в области насыщения (Ц > > tcHHEc) сигнал подается между затвором и истоком (Uj„). Этот сигнал будет модулировать ток в канале, который имеет высокочастотную составляющую .

с = 5ызи- (13.5)

Для увеличения коэффициента усиления ПТШ необходимо оптимизировать его характеристики, стремясь получить определенные значения отношения крутизны к ширине затвора (S / W.). Теоретические исследования по-казьшают, что этот параметр будет максимальным при выборе рабочей точки по постоянному току, соответствующей области насыщения и минимизации длины затвора (например, до 0,5-1,0 мкм). Дальнейшее уменьшение длины затвора не приводит на СВЧ к существенному увеличению коэффициента усиления из-за возрастания влияния паразитных элементов транзистора, особенно сопротивления металлизационного слоя затвора.





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

0.0047