Полевой транзистор свч с барьером шоттки
Владельцы патента RU 2784754:
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") (RU)
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов устройств СВЧ. Полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки содержит полуизолирующую подложку арсенида галлия с активным и контактным слоями, гребенку из чередующейся последовательности единичных электродов исток-затвор-сток, при этом между электродами исток-сток расположены области полуизолирующего арсенида галлия шириной не менее 4,0 мкм, в парах электродов исток-сток расположены каналы с канавками, в последних расположены электроды затвора, при этом - асимметрично в сторону электродов истока, в канале каждой из пар электродов исток-сток, со стороны электрода истока расположен диэлектрический слой из материала с низкой диэлектрической проницаемостью, каждый из электродов затвора относительно его боковой поверхности со стороны электрода стока выполнен по высоте с разным размером поперечного сечения в сторону электрода истока, при этом нижняя часть - с меньшим, верхняя часть - с большим, одноименные электроды исток-затвор-сток соединены электрически, при этом канавка канала выполнена глубиной не более 0,3 мкм, диэлектрический слой в канале каждой из пар электродов исток-сток выполнен и со стороны электрода стока, при этом оба диэлектрических слоя выполнены из одного материала, с относительной диэлектрической проницаемостью менее 8,0, одинаковой толщины 0,1-0,25 мкм, расстояние между упомянутыми обоими диэлектрическими слоями соответствует ширине канавки канала и равно 0,3-1,0 мкм, нижняя часть электрода затвора выполнена по длине с размером поперечного сечения 0,03-0,5 мкм, по высоте - равной сумме значений глубины канавки канала и толщины диэлектрического слоя и расположена непосредственно на верхней поверхности канавки канала, её боковая поверхность со стороны электрода стока - по всей глубине боковой поверхности канавки канала и по всей толщине боковой поверхности диэлектрического слоя, верхняя часть электрода затвора выполнена с размером поперечного сечения по длине, превышающим размер поперечного сечения по длине нижней части на 0,3-0,6 мкм, при этом превышающая ее часть расположена непосредственно на верхней поверхности диэлектрического слоя, длина электрода затвора соответствует размеру поперечного сечения по длине его нижней части и соответственно равна 0,03-0,5 мкм. Изобретение обеспечивает повышение выходной мощности, коэффициента усиления, пробивного напряжения и снижение коэффициента шума. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов устройств СВЧ различного функционального назначения.
Выходная мощность и коэффициент усиления - одни из основных параметров полевых транзисторов СВЧ с барьером Шоттки (ПТШ).
Возможные пути повышения указанных параметров ПТШ:
- уменьшение длины и увеличение ширины электрода затвора;
- снижение теплового и паразитных электрических сопротивлений;
- снижение паразитных емкостей;
- повышение пробивного напряжения между элементами ПТШ;
- либо их сочетание.
Известно, что с целью увеличения ширины электрода затвора используют многозатворную конструкцию ПТШ.
При этом, чем больше ширина общего электрода затвора, тем выше выходная мощность.
Однако, с другой стороны при достаточно большой ширине единичного электрода затвора снижается эффективность работы ПТШ, то есть удельная выходная мощность в расчете на единицу ширины единичного электрода затвора вследствие значительного паразитного сопротивления общего электрода затвора и, как следствие, - снижение выходной мощности и коэффициента усиления.
Известен мощный СВЧ полевой транзистор с баръером Шоттки многозатворной конструкции, в котором с целью устранения выше указанного недостатка, он выполнен в виде так называемой гребенки из чередующейся последовательности единичных электродов исток-затвор-сток, при этом единичные электроды затвора расположены в канавках каналов, выполненных между единичными электродами исток-сток. [Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления. Под ред. Д.В. Ди Лоренцо, Д.Д. Канделуола, Перевод с английского под ред. Г.В. Петрова, М., «Радио и связь», 1988 г., стр. 118].
Данный ПТШ обеспечивает снижение паразитного сопротивления общего электрода затвора и соответственно увеличение выходных параметров ПТШ.
Недостаток - неточность совмещения единичных электродов затвора в канавках каналов и соответственно неидентичность его каналов, что в свою очередь приводит к снижению эффективности сложения мощности каналов и, как следствие, - снижение выходной мощности и коэффициента усиления ПТШ.
Упомянутая неидентичность обусловлена в основном несовершенством технологического процесса изготовления и технологического оборудования.
Известен мощный СВЧ полевой транзистор с баръером Шоттки, выполненный также в виде гребенки из чередующейся, по меньшей мере, более одной последовательности единичных электродов исток-затвор-сток.
В котором, с целью устранения упомянутой выше неидентичности каналов, между парами единичных электродов исток-сток расположены области полуизолирующего арсенида галлия, а единичные электроды затвора, расположенные в парах единичных электродов исток-сток, выполнены длинной не более 0,7 мкм и смещены в канавке в сторону единичного электрода истока. [Мощные GaAs полевые СВЧ транзисторы со смещенным затвором, авторы Лапин В.Г., Красник В.А., Петров К.И., Темнов А.М. Одиннадцатая Международная конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Сборник материалов конференции 10-14 сентября 2001 г., Севастополь, Крым, Украина, стр. 135].
Это позволило:
во-первых, устранить неидентичность каналов и тем самым повысить эффективность сложения мощности каналов,
во-вторых, повысить пробивное напряжение между единичными электродами затвор-сток и тем самым повысить напряжение питания электродов стока.
И, как следствие, - увеличение выходной мощности и коэффициента усиления ПТШ.
Однако с другой стороны:
во-первых, при некоторых размерах области полуизолирующего арсенида галлия, менее 4,0 мкм наблюдается повышение тока утечки между единичными электродами исток-сток, что приводит к появлению неуправляемого единичным электродом затвора тока стока;
во-вторых, при некоторых размерах канавок в парах единичных электродов исток-сток, менее 0,5 мкм, в которых расположены единичные электроды затвора, имеет место снижение пробивного напряжения между электродами затвор-исток и затвор-сток.
И, как следствие, - снижение выходной мощности и коэффициента усиления ПТШ.
Известен мощный СВЧ полевой транзистор с барьером Шоттки, на полуизолирующей подложке арсенида галлия с активным слоем n-типа проводимости, толщиной не более 0,4 мкм и концентрацией легирующей примеси (2×1017-1×1018) см3, который выполнен, как и предыдущий аналог, в виде гребенки из чередующейся, по меньшей мере, более одной последовательности единичных электродов исток-затвор-сток. При этом между парами электродов исток-сток расположены области полуизолирующего арсенида галлия, а в парах единичных электродов исток-сток выполнены каналы с канавками, в последних расположены единичные электроды затвора длиной не более 0,7 мкм, при этом единичные электроды затвора выполнены асимметрично в сторону электродов истока, одноименные единичные электроды исток-затвор-сток соединены электрически.
В котором, с целью повышения выходной мощности и коэффициента усиления, области полуизолирующего арсенида галлия выполнены шириной 4-6 мкм, канавки в парах единичных электродов исток-сток - шириной 0,9-1,3 мкм и глубиной 0,2-0,3 мкм, а единичные электроды затвора расположены от края канавок со стороны единичных электродов истока и стока на расстоянии (0,1-0,3 и 0,5-0,7) мкм соответственно [Патент № 2307424 РФ. Мощный СВЧ полевой транзистор с барьером Шоттки / Лапин В.Г. и др. // Бюл. - 2007 - № 27 /].
Оптимизация ширины области полуизолируещего арсенида галлия, ширины и глубины канавок, равно как и расположение единичных электродов затвора в канавках, обеспечивает снижение токов утечки между единичными электродами исток-сток и увеличение пробивного напряжения между единичными электродами затвор-исток и затвор-сток и, как следствие, - дальнейшее повышение выходной мощности и коэффициента усиления ПТШ.
Способность ПТШ отдавать мощность зависит от его способности пропускать достаточно большой ток через его канал.
И, следовательно, указанная способность ПТШ увеличивается с каждой чередующейся в гребенке последовательностью единичных электродов исток-затвор-сток.
Однако, количество последовательностей электродов исток-затвор-сток ограничивается как размерами кристалла ПТШ, так и его электрическими параметрами, например, фазовой неидентичностью сигнала СВЧ, распределенного по единичным электродам затвора.
Выходная мощность данного ПТШ составляет порядка 750 мВт, коэффициент усиления порядка 10 дБ на частоте 10 ГГц.
Однако, эти достаточно высокие выходные параметры являются не достаточными при использовании данного ПТШ в качестве активного элемента в ряде устройств диапазона СВЧ, например, усилителей мощности активных фазированных антенных решеток (АФАР).
Известен мощный СВЧ полевой транзистор с барьером Шоттки содержащий полуизолирующую подложку арсенида галлия с активным слоем, гребенку из чередующейся, по меньшей мере, более одной последовательности единичных электродов исток-затвор-сток, при этом между парами единичных электродов исток-сток расположены области полуизолирующего арсенида галлия шириной не менее 4,0 мкм, а в парах единичных электродов исток-сток расположены каналы с канавками шириной и глубиной 0,9-1,3 мкм и не более 0,3 мкм соответственно, в канавках канала расположены единичные электроды затвора, при этом единичные электроды затвора расположены асимметрично в сторону единичных электродов истока, одноименные единичные электроды исток-затвор-сток соединены электрически.
В котором, с целью повышения выходной мощности, коэффициента усиления,
ПТШ в канале каждой из пар единичных электродов исток-сток со стороны единичного электрода истока дополнительно содержит диэлектрический слой, с низкой диэлектрической проницаемостью, толщиной 0,15-0,25 мкм,
каждый из единичных электродов затвора относительно его боковой поверхности со стороны единичного электрода стока выполнен по высоте с разным размером поперечного сечения в сторону единичного электрода истока, при этом нижняя его часть - меньшим размером 0,05-0,5 мкм, верхняя часть - большим, превышающим размер поперечного сечения нижней части на 0,5-0,8 мкм,
высота нижней части равна толщине диэлектрического слоя,
с одной стороны две взаимно перпендикулярные поверхности диэлектрического слоя относительно его толщины непосредственно примыкают по ширине единичного электрода затвора к вертикальной поверхности его нижней части и к горизонтальной превышающей поверхности верхней части соответственно, а с противоположной стороны упомянутые поверхности расположены вровень с краем верхней части единичного электрода затвора либо перекрывают от этого края канал с единичным электродом истока не более 4,0 мкм [Патент № 2393589 РФ. Мощный СВЧ полевой транзистор с барьером Шоттки / Лапин В.Г. и др. //Бюл. - 2010 - № 18/] - прототип.
Данный мощный СВЧ полевой транзистор с барьером Шоттки обеспечивает:
выходную мощность 990-1000 мВт;
коэффициент усиления 11,9-12,0 дБ;
Однако, более высокие основные выходные параметры прототипа по сравнению с предыдущим аналогом являются по прежнему не достаточными при использовании данного полевого транзистора с барьером Шоттки в качестве активного элемента в ряде устройств диапазона СВЧ, например, усилителей мощности активных фазированных антенных решеток.
Техническим результатом изобретения является повышение выходной мощности, коэффициента усиления, пробивного напряжения, снижение коэффициента шума.
Технический результат достигается заявленным полевым транзистором СВЧ с барьером Шоттки, содержащим
полуизолирующую подложку арсенида галлия с активным и контактным слоями с заданными параметрами, гребенку из чередующейся, по меньшей мере, более одной последовательности единичных электродов исток-затвор-сток,
при этом между парами единичных электродов исток-сток расположены области полуизолирующего арсенида галлия шириной не менее 4,0 мкм,
в парах единичных электродов исток-сток расположены каналы с канавками с заданными шириной и глубиной соответственно,
в последних расположены единичные электроды затвора, при этом - асимметрично в сторону единичных электродов истока,
в канале каждой из пар единичных электродов исток-сток, со стороны единичного электрода истока расположен диэлектрический слой из материала с низкой диэлектрической проницаемостью, заданной толщины,
каждый из единичных электродов затвора относительно его боковой поверхности со стороны единичного электрода стока выполнен по высоте с разным размером поперечного сечения в сторону единичного электрода истока, при этом нижняя часть - с меньшим, верхняя часть - с большим,
одноименные единичные электроды исток-затвор-сток соединены электрически.
При этом
- канавка канала выполнена глубиной не более 0,3 мкм,
- диэлектрический слой в канале каждой из пар единичных электродов исток-сток выполнен и со стороны единичного электрода стока, при этом оба диэлектрических слоя выполнены из одного материала, с относительной диэлектрической проницаемостью менее 8,0, одинаковой толщины 0,1-0,25 мкм, расстояние между упомянутыми - обоими диэлектрическими слоями соответствует ширине канавки канала и равно 0,3-1,0 мкм,
- нижняя часть единичного электрода затвора выполнена по длине с размером поперечного сечения 0,03-0,5 мкм, по высоте - равной сумме значений глубины канавки канала и толщины диэлектрического слоя и расположена непосредственно на верхней поверхности канавки канала, ее боковая поверхность со стороны единичного электрода стока - по всей глубине боковой поверхности канавки канала и по всей толщине боковой поверхности диэлектрического слоя,
- верхняя часть единичного электрода затвора выполнена с размером поперечного сечения по длине, превышающим размер поперечного сечения по длине нижней части на 0,3-0,6 мкм, при этом превышающая ее часть расположена непосредственно на верхней поверхности диэлектрического слоя,
- при этом длина единичного электрода затвора соответствует размеру поперечного сечения по длине его нижней части и соответственно равна 0,03-0,5 мкм.
Активный слой представляет собой слой n-типа проводимости арсенида галлия, либо гетероструктуру с высокой подвижностью электронов.
Диэлектрический слой выполнен из нитрида кремния, либо двуокиси кремния.
Контактный слой выполнен на активном слое, толщиной 0,05-0,2 мкм.
Раскрытие сущности изобретения.
Совокупность существенных признаков заявленного полевого транзистора СВЧ с барьером Шоттки, а именно.
Как ограничительной ее части, когда:
полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки содержит
полуизолирующую подложку арсенида галлия с активным и контактным слоями с заданными параметрами,
гребенку из чередующейся, по меньшей мере, более одной последовательности единичных электродов исток-затвор-сток,
при этом между парами единичных электродов исток-сток расположены области полуизолирующего арсенида галлия шириной не менее 4,0 мкм,
в парах единичных электродов исток-сток расположены каналы с канавками с заданными шириной и глубиной соответственно,
в последних расположены единичные электроды затвора, при этом - асимметрично в сторону единичных электродов истока,
в канале каждой из пар единичных электродов исток-сток, со стороны единичного электрода истока расположен диэлектрический слой из материала с низкой диэлектрической проницаемостью, заданной толщины,
каждый из единичных электродов затвора относительно его боковой поверхности со стороны единичного электрода стока выполнен по высоте с разным размером поперечного сечения в сторону единичного электрода истока, при этом нижняя часть - с меньшим, верхняя часть - с большим,
одноименные единичные электроды исток-затвор-сток соединены электрически.
Так и отличительной ее части, а именно.
Наличие диэлектрического слоя в канале каждой из пар единичных электродов исток-сток и со стороны единичного электрода стока, при этом, когда оба диэлектрических слоя выполнены из одного материала, с относительной диэлектрической проницаемостью менее 8,0, одинаковой толщины 0,1-0,25 мкм и когда расстояние между упомянутыми - обоими диэлектрическими слоями соответствует ширине канавки канала и равно 0,3-1,0 мкм.
Это обеспечивает:
во-первых, возможность расположения верхней части единичного электрода затвора непосредственно на поверхности диэлектрического слоя и тем самым - снижение паразитного сопротивления каждого единичного электрода затвора и соответственно - паразитного сопротивления общего электрода затвора;
во-вторых, возможность минимизации и стабилизации расстояния от единичного электрода затвора до края канавки канала со стороны единичного электрода истока и тем самым обеспечивает:
а) снижение паразитного сопротивления между единичными электродами затвор-исток,
б) увеличение пробивного напряжения между единичными электродами затвор-исток и затвор-сток.
И, как следствие, - повышение выходной мощности и коэффициента усиления, снижение коэффициента шума.
Выполнение.
Канавки канала глубиной не более 0,3 мк.
Нижней части единичного электрода затвора по длине с размером поперечного сечения 0,03-0,5 мкм, по высоте - равной сумме значений глубины канавки канала и толщины диэлектрического слоя, при этом, когда она (нижняя часть) расположена непосредственно на верхней поверхности канавки канала, ее боковая поверхность со стороны единичного электрода стока - по всей глубине боковой поверхности канавки канала и по всей толщине боковой поверхности диэлектрического слоя.
Верхней части единичного электрода затвора с размером поперечного сечения по длине, превышающим размер поперечного сечения по длине нижней части на 0,3-0,6 мкм, при этом, когда превышающая ее часть расположена непосредственно на верхней поверхности диэлектрического слоя.
При этом, когда длина единичного электрода затвора соответствует размеру поперечного сечения по длине его нижней части и соответственно равна 0,03-0,5 мкм.
Это обеспечивает снижение паразитной емкости между единичными электродами затвор-сток и, как следствие,
во-первых, повышение выходной мощности,
во-вторых, снижение вероятности возникновения элементов нежелательной внутренней положительной обратной связи, и тем самым исключение вероятности паразитной генерации.
Выполнение нижней части каждого из единичных электродов затвора по высоте равным сумме значений глубины канавки канала и толщины диэлектрического слоя обеспечивает жесткость и механическую прочность каждого из единичных электродов затвора и тем самым - надежность ПТШ в целом.
Указанное расположение нижней и верхней частей каждого из единичных электродов затвора обеспечивает оптимизацию расстояния от каждого из единичных электродов затвора до края его канавки канала со стороны единичного электрода истока и тем самым обеспечивает:
во-первых, снижение паразитного сопротивления:
а) каждого из единичных электродов затвора и соответственно общего электрода затвора,
б) между каждыми из единичных электродов затвор-исток;
во-вторых, увеличение пробивного напряжения между единичными электродами затвор-сток.
И, как следствие, первого и второго повышение коэффициента усиления и выходной мощности.
Выполнение диэлектрических слоев в канале каждой из пар единичных электродов исток-сток:
- на расстоянии между ними как менее 0,3 мкм, так и более 1,0 мкм не желательно, в первом случае - из-за снижения пробивного напряжения, во втором - из-за увеличения сопротивления канала.
- из материала с относительной диэлектрической проницаемостью более 8,0 не желательно из-за увеличения паразитной емкости,
- толщиной как менее 0,1 мкм, так и более 0,25 мкм не желательно, в первом случае - из-за увеличения паразитной емкости между каждыми из единичных электродов затвор-исток и затвор-сток, во втором - из-за возможного нарушения целостности каждого из единичных электродов затвора.
Выполнение каждого из единичных электродов затвора, а именно.
Нижней его части:
- по длине с размером поперечного сечения как менее 0,03 мкм, так и более 0,5 мкм не желательно, в первом случае - из-за возможного нарушения его целостности, а во втором - из-за уменьшения коэффициента усиления,
- по высоте с размером его нижней части как менее, так и более суммы значений глубины канавки канала и толщины диэлектрического слоя не желательно, в первом случае - из-за увеличения паразитной емкости, во-втором - из-за снижения механической прочности.
Верхней его части с размером поперечного сечения, превышающим размер поперечного сечения нижней части как менее 0,3 мкм, так и более 0,6 мкм не желательно, в первом случае - из-за увеличения паразитного сопротивления каждого из единичных электродов затвора и соответственно общего электрода затвора, а во втором - из-за снижения параметров ПТШ.
Выполнение контактного слоя толщиной как менее 0,1 мкм, так и более 0,3 мкм не желательно, в первом случае - из-за снижения контактного сопротивления каждого из единичных электродов истока и стока, во втором - из-за возможного неконтролируемого бокового травления канавки канала.
Итак, совокупность существенных признаков заявленного полевого транзистора СВЧ с баръером Шоттки, в полной мере обеспечивает заявленный технический результат - повышение коэффициента усиления, выходной мощности и напряжения пробоя, снижение коэффициента шума.
Более того, заявленный полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки обеспечивает возможность его применения, как для мощных, так и малошумящих устройств СВЧ, в том числе и прежде всего, для мощных и малошумящих усилителей СВЧ.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 дан фрагмент заявленного полевого транзистора СВЧ с баръером Шоттки, содержащий две последовательности единичных электродов исток-затвор-сток, где:
- полуизолирующая подложка арсенида галлия - 1,
- активный слой - 2,
- контактный слой - 3,
- гребенка из чередующейся, последовательности единичных электродов исток-затвор-сток - 4,
- единичные электроды исток, затвор, сток - 5, 6, 7 соответственно, при этом нижняя, верхняя и превышающая часть последней
электрода затвора - 6 (а, б, в) соответственно,
- области полуизолирующего арсенида галлия - 8,
- каналы с канавками - 9, 10 соответственно,
- диэлектрический слой со стороны единичных электродов истока и со стороны единичных электродов стока - 11 (а, б) соответственно.
Полевой транзистор СВЧ с баръером Шоттки работает следующим образом.
На единичные электроды затвора и стока соответственно подаются необходимые напряжения смещения от внешних источников. При этом на единичные электроды затвора - отрицательное, а на единичные электроды стока - положительное относительно единичных электродов истока. На единичные электроды затвора подается сигнал СВЧ, который усиливается ПТШ и подается на электрод стока.
Примеры конкретного выполнения заявленного полевого транзистора СВЧ с барьером Шоттки.
Пример 1.
Полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки выполнен на полуизолирующей подложке арсенида галлия (GaAs) 1 с активным слоем 2 - n-типа проводимости арсенида галлия (GaAs), толщиной 0,3 мкм и концентрацией легирующей примеси 3×1017 см3 в виде гребенки 4 из двух чередующихся последовательностей единичных электродов исток 5, затвор 6, сток 7.
При этом между парами единичных электродов исток-сток расположены области полуизолирующего арсенида галлия 8, шириной 5,0 мкм.
В парах единичных электродов исток-сток расположены каналы 9 шириной 0,65 мкм с канавками 10 глубиной 0,1 мкм. В канавках 10 каналов 9 расположены единичные электроды затвора 6 длиной 0,265 мкм, асимметрично в сторону единичных электродов истока 5.
В канале 10 каждой из пар единичных электродов исток-сток со стороны единичного электрода истока 4 и со стороны единичного электрода стока 7 выполнен диэлектрический слой 11 (а, б) соответственно из материала нитрида кремния (Si3N4), имеющий относительную диэлектрическую проницаемость 6,8, толщиной 0,175 мкм, при этом расстояние между упомянутыми - обоими диэлектрическими слоями соответствует ширине канавки 10 канала 9 и равно 0,9 мкм.
Нижняя часть 6а единичного электрода затвора 6 выполнена по длине с размером поперечного сечения 0,265 мкм, по высоте - равной 0,275 мкм (сумме значений глубины канавки 10 канала 0,1 мкм и толщины диэлектрического слоя 0,175 мкм), при этом она (нижняя часть) расположена непосредственно на верхней поверхности канавки 10 канала 9, ее боковая поверхность со стороны единичного электрода стока 7 - по всей глубине боковой поверхности канавки 10 канала 9 и по всей толщине боковой поверхности диэлектрического слоя 11.
Верхняя часть 6б единичного электрода затвора 6 выполнена с размером поперечного сечения по длине, превышающим размер поперечного сечения по длине его нижней части 6а на 0,715 мкм, при этом превышающая ее часть 6в расположена непосредственно на верхней поверхности диэлектрического слоя 11.
Контактный слой 3 выполнен на активном слое 2 толщиной 0,125 мкм.
Примеры 2-7.
Аналогично примеру 1 выполнены образцы полевого транзистора СВЧ с баръером Шоттки, но при других конструкционных параметрах, заявленных в формуле изобретения (примеры 2-3, 6-7), так и за ее пределами (примеры 4-5).
В том числе:
- с активным слоем - гетероструктура AlGaAs/InGaAs с высокой подвижностью электронов 8500 см2/(В×с) (пример 6);
- диэлектрическим слоем, выполненным из двуокиси кремния (SiO2) (пример 7).
- с контактным слоем из арсенида галлия n+-типа с концентрацией легирующей примеси, выполненным на активном слое (примеры 1-7).
На изготовленных образцах полевых транзисторов СВЧ с барьером Шоттки были измерены:
- выходная мощность, посредством ваттметра;
- коэффициент усиления, посредством векторного анализатора;
- коэффициент шума, посредством измерителя шума Agilent NFA N8975A;
- пробивное напряжение, между единичными электродами затвор-сток, посредством зондовой станции Л2-56.
Данные сведены в таблицу.
Как видно из таблицы образцы ПТШ, изготовленные согласно, указанным признакам в формуле изобретения (примеры 1-3, 6-7) имеют значения:
- выходной мощности (1200, 1100, 1100, 2200, 1100) мВт - примеры 1, 2, 3, 6, 7 соответственно;
- коэффициента усиления (12,5, 15,0 13,0 12,5, 12,0) дБ - примеры 1, 2, 3, 6, 7 соответственно;
- коэффициента шума (20,0, 16,0, 19,0, 20,0, 20,0) дБ - примеры 1, 2, 3, 6, 7 соответственно (Указанное измерено на частоте 10 ГГц);
- напряжение пробоя (20,0, 16,0, 19,0, 20,0, 20,0) В - примеры 1, 2, 3, 6, 7 соответственно.
В отличие от образцов ПТШ (примеры 4-5), изготовленных с конструкционными параметрами, за пределами формулы изобретения, которые имеют значения: выходной мощности 800 Вт, коэффициента усиления 5,0 дБ, коэффициента шума 3,5 дБ, напряжения пробоя 19 В.
Как и образец прототипа - выходной мощности 1100 Вт, коэффициента усиления 12 дБ, коэффициента шума 2,5 дБ, напряжения пробоя 20 В.
Таким образом, заявленный полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки по сравнению с прототипом обеспечит.
Повышение:
- выходной мощности примерно на 10 процентов;
- коэффициента усиления примерно на 1,5 дБ;
- напряжения пробоя на 15 процентов.
Снижение
- коэффициента шума на 0,5 дБ,
Более того, заявленный полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки может быть использован в качестве как мощных, так и малошумящих активных элементов в ряде устройств СВЧ-диапазона, например, как мощных, так и малошумящих усилителей мощности активных фазированных антенных решеток - расширение функциональных возможностей.
Таблица
| №п/п | Полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки | Результаты измерений | |||||||||||||||
| Полуизолирующая подложка | Активный слой с заданными параметрами | Диэлектрический слой со стороны электрода истока и стока | Глубина канавки канала, мкм | Конструкция электрода затвора | Контактный слой | Выходная мощность, мВт Частота измерений 10ГГц |
Коэффициент усиления, дБ Частота измерений 10ГГц |
Коэффициент шума, дБ Частота измерений 10ГГц |
Напряжение пробоя сток-затвор, В |
||||||||
| Нижняя часть | Верхняя часть | Материал | Толщина, мкм | ||||||||||||||
| Материал | Диэлектрическая проницаемость (ε) | Толщина, мкм | Расстояние между диэлектрическими слоями исток-сток, мкм | Размер поперечного сечения по длине, равный длине единичного затвора, мкм | Высота, мкм | Размер поперечного сечения по длине, мкм |
Высота, мкм | ||||||||||
| 1 | Арсенида галлия (GaAs) | Арсенид галлия (GaAs) n-типа |
Нитрид кремния Si3N4 |
6,8 | 0,17 | 0,65 | 0,2 | 0,27 | 0,37 | 0,72 | 0,45 | Арсенид галлия (GaAs) n-типа |
0,1 | 1200 | 12,5 | 2,0 | 20,0 |
| 2 | 0,1 | 0.30 | 0,1 | 0,03 | 0,2 | 0,33 | 0,3 | 1100 | 15,0 | 1,0 | 16,0 | ||||||
| 3 | 0,25 | 1,0 | 0,3 | 0,5 | 0,35 | 1,1 | 0,6 | 1100 | 13,0 | 3,0 | 19,0 | ||||||
| 4 | 0,07 | 0,25 | 0,07 | 0,02 | 0,42 | 0,22 | 0,25 | - | - | - | - | ||||||
| 5 | 0,3 | 1,2 | 0,35 | 0,6 | 0,9 | 1,3 | 0,65 | 800 | 5,0 | 3,5 | 19,0 | ||||||
| 6 | Гетероструктура AlGaAs/ InGaAs |
6,8 | 0,17 | 0,65 | 0,2 | 0,27 | 0,37 | 0,72 | 0,45 | 0,05 | 2200 | 12,5 | 1,5 | 20,0 | |||
| 7 | Арсенид галлия (GaAs) n-типа |
Двуокись кремния SiO2 |
3,4 | 0,17 | 0,65 | 0,2 | 0,27 | 0,37 | 0,72 | 0,45 | 0,1 | 1100 | 12,0 | 2,0 | 20,0 | ||
| 8 прототип |
Признаки выполнены иначе | 1000 | 12,0 | 2,5 | 16,0 |
1. Полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки, содержащий полуизолирующую подложку арсенида галлия с активным и контактным слоями с заданными параметрами, гребенку из чередующейся, по меньшей мере, более одной последовательности единичных электродов исток-затвор-сток,
при этом между парами единичных электродов исток-сток расположены области полуизолирующего арсенида галлия шириной не менее 4,0 мкм,
в парах единичных электродов исток-сток расположены каналы с канавками с заданными шириной и глубиной соответственно,
в последних расположены единичные электроды затвора, при этом – асимметрично в сторону единичных электродов истока,
в канале каждой из пар единичных электродов исток-сток, со стороны единичного электрода истока расположен диэлектрический слой из материала с низкой диэлектрической проницаемостью, заданной толщины,
каждый из единичных электродов затвора относительно его боковой поверхности со стороны единичного электрода стока выполнен по высоте с разным размером поперечного сечения в сторону единичного электрода истока, при этом нижняя часть – с меньшим, верхняя часть – с большим,
одноименные единичные электроды исток-затвор-сток соединены электрически, отличающийся тем, что
- канавка канала выполнена глубиной не более 0,3 мкм,
- диэлектрический слой в канале каждой из пар единичных электродов исток-сток выполнен и со стороны единичного электрода стока, при этом оба диэлектрических слоя выполнены из одного материала, с относительной диэлектрической проницаемостью менее 8,0, одинаковой толщины 0,1-0,25 мкм, расстояние между упомянутыми обоими диэлектрическими слоями соответствует ширине канавки канала и равно 0,3-1,0 мкм,
- нижняя часть единичного электрода затвора выполнена по длине с размером поперечного сечения 0,03-0,5 мкм, по высоте – равной сумме значений глубины канавки канала и толщины диэлектрического слоя и расположена непосредственно на верхней поверхности канавки канала, её боковая поверхность со стороны единичного электрода стока – по всей глубине боковой поверхности канавки канала и по всей толщине боковой поверхности диэлектрического слоя,
- верхняя часть единичного электрода затвора выполнена с размером поперечного сечения по длине, превышающим размер поперечного сечения по длине нижней части на 0,3-0,6 мкм, при этом превышающая ее часть расположена непосредственно на верхней поверхности диэлектрического слоя,
- при этом длина единичного электрода затвора соответствует размеру поперечного сечения по длине его нижней части и соответственно равна 0,03-0,5 мкм.
2. Полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки по п. 1, отличающийся тем, что активный слой представляет собой слой n-типа проводимости арсенида галлия, либо нитрида галлия, либо гетероструктуру с высокой подвижностью электронов.
3. Полевой транзистор с барьером Шоттки по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический слой выполнен из нитрида кремния либо двуокиси кремния.
4. Полевой транзистор СВЧ с барьером Шоттки по п. 1, отличающийся тем, что контактный слой выполнен на активном слое толщиной 0,05-0,2 мкм.
