微波晶体管及其制造技术

近年来,微波晶体管有了很大的发展,在4千兆赫下噪声系数为2.5分贝的双极晶体管和在8千兆赫下噪声系数为3分贝的砷化镓场效应晶体管已达到实用阶段。另外,在大功率晶体管方面,4千兆赫5瓦,3千兆赫10瓦的器件业已获得。这些器件在制造技术上都使用了接近极限的技术,器件的进步不仅取决于设计技术,还与工艺技术的进步关系极大。今后的微波晶体管的进展考虑非采用亚微米加工那样的新的制造技术不可。     

宽带砷化镓场效应晶体管放大器的设计

实现了具有电抗补偿器和分节阻抗变换器的砷化镓场效应晶体管放大器,并对其特性作了测量。砷化镓场效应晶体管的输入和输出阻抗的虚部用电抗补偿器转换成任意电阻,然后再用分节阻抗变换器转换成50欧姆特性阻抗。对于采用 f_(max)-15千兆赫砷化镓场效应晶体管的放大器,在6.5千兆赫时得到2千兆赫1分贝带宽和5分贝的增益,且其值大致与计算值相符。己实现7分贝的噪声系数。     

低噪声砷化镓金属-半导体场效应晶体管

用投影光刻法制出了在6千兆赫下最佳噪声系数为1.6分贝的砷化镓金属-半导体场效应晶体管(GaAs MESFET)。推出了计算最佳噪声系数的公式,得到的计算值和测量值非常一致。引言:本简讯的目的是报导在6千兆赫下测得噪声系数为1.6分贝、可用增益为11分贝的 GaAsMESFET。这种器件,当调至4千兆赫时,最佳噪声系数为1.0分贝。这些噪声系数,现在仍是4千兆赫和6千兆赫下获得的最低值。     

经改进的亚微米单栅和双栅砷化镓MESFET的低噪声和高增益性能

叙述了亚微米单栅和双栅砷化镓金属—半导体场效应晶体管(GaAsMESFET)的微波性能。也讨论了设计考虑和器件工艺。这些GaAsMESFET 在 x 波段上的低噪声和高增益性能都超过了以往水平,对于0.5微米单栅 MESFET 在12千兆赫下噪声系数为2.9分贝、相应的增益为10.0分贝,1微米双栅 MESFET 在同样频率下噪声系数为3.9分贝、相应的增益为13.2分贝。     

Q波段砷化镓场效应晶体管放大器和振荡器

在12～20千兆赫的频率范围内研究了肖特基势垒栅砷化镓场效应晶体管。最大有用功率增益的测量表明,在这个范围内,器件具有比预期更高的增益。用带线技术制成了输出功率为4毫瓦的17千兆赫振荡器和功率增益为16分贝的四级14.9千兆赫放大器。     

X 波段砷化镓场效应晶体管

做出了10千兆赫微波频率下低噪声放大砷化镓场效应晶体管,使固体放大器频率范围比使用硅晶体管提高2～3倍。GaAs FET 最高振荡频率达30千兆赫,8千兆赫和16千兆赫下测得的功率增益分别为8分贝和3分贝,见图1。4千兆赫下噪声3分贝,低于迄今为止报导的晶体管噪声水平。此外,场效应晶体管噪声随频率的变化较小,8千兆赫下仅为5分贝,见图2。器件制于半绝缘 GaAs 衬底上的10~(17)厘米~(-3)掺硫外延薄膜上。外延层必须很薄(约0.3     

砷化镓微波场效应晶体管的信号和噪声性能(一)

已经证明高频砷化镓场效应晶体管(GaAsFET)在微波频率下有非常低的噪声系数和高的功率增益。因此对通信和雷达应用的低噪声放大器和接收机来说它们是优秀的候选者。例如,在实验室已做出了在10千兆赫下噪声系数小于4分贝、增益超过10分贝的单级GaAsFET放大器(Liechti等人1972年,Baechtold等人1973年)。场效应晶体管的基本工作原理是由肖克莱(1952年)首先叙述的。他提出了以多数载流子流动为基础的作新型半导体放大器的器件,这种器件不像通常的晶体管那样以少数载流子为基础。肖克莱设想的场效应晶体管是一种包含一电流通路的半导体器件,这     

用分子束外延制造低噪声微波场效应晶体管

报导了适用于制造场效应晶体管的砷化镓分子束外延生长。分子束外延结构由一个 n=3.5×10~(17)/厘米~3的有源层和长在它上面的一个 n~+=2.5×10~(18)/厘米~3的接触层组成。用这种材料制造的场效应晶体管在8千兆赫下的最小噪声系数为1.5分贝;相应的增益为15分贝。这是目前报导过的有关低噪声分子束外延砷化镓场效应晶体管的最好结果。     

用分子束外延技术试制的两种砷化镓场效应晶体管

用分子束外延技术试制成两种和以往的汽相外延法具有同样特性的砷化镓场效应晶体管(GaAsFET)。一种是频率为8千兆赫的最小噪声系数为2.5分贝的器件,另一种是8千兆赫下最大饱和输出功率为2瓦的器件。前者是三菱电机公司研制的,后者是富士通研究所研制的。各自独立地在分子束外延技术器件的应用方面进行了探讨。     

简讯

日本日立公司中央研究所最近研制出低噪声、高增益的砷化镓场效应晶体管。其最高振荡频率f_(max)为50千兆赫,4千兆赫下噪声系数N为2.6分贝,功率增益为20分贝。为研制该管,日立公司进行了五个方面的研究工作: (1)研究了场效应晶体管的设计理论和最佳设计; (2)研究了低损耗场效应晶体管的封装设计; (3)改进电极材料的组分以降低欧姆电阻; (4)为实现短栅所需的光刻工艺; (5)高质量的晶体外延生长。该器件已提供日本邮政省无线电研究实验室试用,用于通讯卫星毫米波中继设备的     

简讯

普莱赛公司市售GaAs低噪声场效应管 普莱赛公司已市售GAT—4型和GAT—5型GaAs低噪声场效应管。前者工作频率高达12千兆赫,在4千兆赫下噪声系数为1.8分贝,而增益为12分贝;在10千兆赫下最大可用增益为8.5分贝,噪声系数为3.5分贝。后者工作频率高达18千兆赫,在6千兆赫下,噪声系数为2.5分贝,而增益为8分贝,在10千兆赫下最大可用增益为10.5分贝,噪声系数为3.5分贝。两种管子均为n沟道场效应管。栅电极就采用了肖特基势垒二极管。采用中子辐射技术,在半绝缘衬底和有源层之间制造了缓冲层。市售的有管芯,也有微带线封装的器件。     

X波段砷化镓金属-半导体场效应晶体管混频器的性能

提出了砷化镓金属-半导体场效应晶体管(GaAs MESFET)混频器的信号特性的理论分析和实验证明。描述了估计某些混频器参数的实验技术。在X波段下,对砷化镓MESFET混频器进行的实验表明:它有良好的噪声性能,并可得到大的动态范围以及变频增益。在7.8千兆赫下测得变频增益大于6分贝。在8千兆赫下,平衡的MESFET混频器的噪声系数低至7.4分贝,输出三阶互调截止点为+18分贝毫瓦。     

砷化镓肖特基势垒栅场效应晶体管微波放大器的设计和性能

本文叙述了一个X波段的砷化镓肖特基势垒栅场效应晶体管放大器的设计和性能。该放大器在8.0～12.0千兆赫的频率范围上在典型噪声系数为5.5分贝(最大为6.9分贝)时增益达到20±1.3分贝。输入和输出端的电压驻波比不超过2.5:1。1分贝增益压缩的最小输出功率为 13分贝毫瓦。讨论了实际的宽带耦合网络的设计,这些网络在整个X波段内使放大器的噪声系数最小并保持恒定的增益。     

30千兆赫的砷化镓场效应晶体管

美帝费尔查尔德公司最近研制了一种最高振荡频率为30千兆赫的砷化镓场效应晶体管。据说,这种晶体管在8千兆赫下,功率增益是8分贝;16千兆赫下,4分贝;噪声系数在4千兆赫下是3分贝。该公司使用了薄外延层工艺:在半绝缘的砷化镓衬底上淀积一层薄的掺硫外延膜(10~(17)原子/厘米~3),器件就制作在这层薄膜上面。用普通的光刻掩蔽法制做图形,但是不用掺杂法作 N 型材料的低阻接触,而用金—锗合金工艺作源和漏。栅是一种肖特基势垒结构。     

砷化镓功率场效应晶体管的X波段性能

本文介绍 X 波段砷化镓功率场效应晶体管(FET)的测量结果。这些器件是用简单的平面工艺制作的。多个单元并联的器件在9千兆赫下,输出功率大于1瓦,增益大于4分贝。4分贝增益下,最大输出功率在9千兆赫下为1.78瓦,在8千兆赫下为2.5瓦。8千兆赫下,器件功率附加效率为46%。     

短沟道砷化镓场效应晶体管的噪声性能

砷化镓肖特基势垒场效应晶体管的噪声性能已在理论和实验上作了研究。已经发现,当偏置加于夹断区时,砷化镓场效应晶体管还有另外一种噪声源——谷间散射噪声。研究了这种噪声源并提出了一种新的晶体管噪声模型。在2～10千兆赫频率范围内,测量和计算的噪声系数很好地一致。可以看出,减薄沟道厚度可减小谷间散射噪声的影响。该器件在 X 波段下具有极好的增益和噪声特性。     

微波功率GaAsFET的宽带内匹配技术

研究了C波段大功率砷化镓场效应晶体管的宽带内匹配技术,结果在电路设计中采用了新型的电路结构和大信号特性。在高介电常数的单瓷片上形成集总参数元件二级输入网络。在氧化铝陶瓷片上,以微带结构形成半分布参数的单级输出电路。总栅宽为11200微米的内匹配砷化镓场效应晶体管在1分贝增益压缩下具有2.5瓦的功率输出,在没有外部匹配的情况下,从4.2到7.2千兆赫,该器件具有5.5分贝的线性增益和4.4瓦的饱和功率输出。从4.5到6.5千兆赫,这种内匹配场效应晶体管具有6分贝线性增益和5瓦的饱和输出功率。     

低噪声砷化镓金属-半导体场效应晶体管的制造与性能

用投影光刻制造亚微米栅砷化镓金属-半导体场效应晶体管,获得了在4千兆赫下噪声0.8分贝、6千兆赫下噪声1.3分贝、相关的增益至少9分贝的结果。     

简讯

4千兆赫微波低噪声晶体管 在微波晶体管市场上,作为完好的器件,不仅要有好的性能而且还必须有很高的成品率。例如,某些4千兆赫双极晶体管虽然噪声系数达到3～3.3分贝的水平,但效率较低。 最近,H-P公司公布了一种HXTR6101型微波晶体管,据介绍此器件具有噪声低、增益高、成品率高、成本低等特点。在4千兆赫下,噪声系数低于3分贝,典型值为2.7分贝。增益最小为8分贝,典型值为9分贝。当工作频率为1.5千兆赫时,噪声系数为1.5分贝,增益为15分贝。噪声低、成品率高和性能好等的特点是通过采用包括离子注入、局部氧化和自对准等技术而实现的。 一般的器件,在制作发射极和基极梳状的时候通常都是采用扩散和离子注入相结合的方法。但H-P公司的HXTR6101型微波晶体管则是一种全离子注入的器件。据介绍由于采用全离子注入工艺,可作极其清洁、陡峭而均匀的发射区和基区,所以噪声低。这种全离子注入工艺还可将交叉梳条的间距作到低于1微米,所以在高频下可获得良好的增益特性。由于采用新的自对准掩蔽技术和离子注入技术相结合的方法,使全部有用的图形都在同一个掩模上形成,这样保证了不同批次的管芯特性的一致性。采用离子注入和局部氧化技术,直接在交叉梳条上制作1密耳~2的金键合区,其集电极-基极的寄生电容小于其     

砷化镓自对准栅场效应晶体管

本文介绍了砷化镓微波肖特基势垒场效应晶体管源漏接触之间自动对准栅接触的方法。这个方法包括了源漏接触边缘下面砷化镓外延层的腐蚀以及用伸出部分作为栅接触金属的蒸发掩模。用这种方法制造的器件,栅长为4微米。微波测量的结果:在2千兆赫下最大可用增益为16分贝,按6分贝/倍频程下降,截止频率为11千兆赫。