微波功率砷化镓场效应晶体管

本文介绍 X 波段 GaAs 功率 FET 的设计考虑、工艺特点和电特性。采用53条梳状源、52条漏和1条连接104条平行的肖特基栅的复盖栅来实现栅长1.5微米、栅宽5200微米的 FFT。研究成功了一种面接地技术,以便把共源引线电感减到最小(L_s=50微微法)。研制出的器件在10千兆赫下给出0.7瓦,8千兆赫下给出1.6瓦的饱和输出功率。在6千兆赫下,1分贝增益压缩时,线性增益为7分贝,输出功率为0.85瓦,并得到30%的功率附加效率。在6.2千兆赫下,三次互调制分量的截距为37.5分明亳瓦。     

GaAs场效应晶体管

<正> 日本电气公司窄凹栅结构的低噪声 GaAsFET 已在12千兆赫下达到噪声系数1.68分贝,在4千兆赫下为0.7分贝。而三菱电机公司的缓变凹栅结构的封装器件在12千兆赫下最小噪声系数已达1.3分贝,未封装的芯片在16千兆赫下噪声为1.8分贝,在18千兆赫下为2.1分贝。功率 GaAsFET 目前三种不同的主要结构是:日本电气公司的缓变凹栅结构,富士通公司的源、漏下做 n~+层的结构和三菱电机公司的铜热沉上芯片倒装的结构。日本电气公司已达到6千兆赫,23瓦;8千兆赫,17瓦;18千兆赫,1.25瓦。三菱电机公司已达到15千兆赫,1.9瓦。     

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%。     

向微波功率领域发展的隐栅场效应晶体管(Gridistor)

多沟道面结型-栅极场效应晶体管及其优点,在1964年以隐栅场效应晶体管这个题目已被介绍过了。它包括垂直的和水平的沟道结构。它的发展为的是将场效应晶体管和双极晶体管的优点合并到同一器件中。水平沟道结构所具有的特性在功率管甚高频波段中是十分有用的;但对更高频率和更大功率领域,垂直沟道结构基本上则更为适合。然而,为了发展微波功率领域的这种结构,必须对其作一透彻的了解,以克服其缺点(即较高的栅电阻和微分漏电导等)。第一个问题的解决是将栅的几何形状加以修正,并且增加栅极的体内杂质浓度。第二个问题的解决是将源和漏的薄层电阻给以适当的梯度。于是,使用通常的工艺和普通的栅极精密度(但是要适当的栅极图形)已经得到1千兆赫以上的工作频率、f_(max)约为5千兆赫、频率-功率乘积约为5千兆赫·瓦的单片隐栅场效应晶体管。本文讨论这种器件的特点,并给出全套的实验结果。最后,对不久的将来可望实现,现在已经开始着手进行的功率范围1～2瓦、工作频率8千兆赫的器件作了概述。本文也讨论了接近隐栅场效应晶体管极限的预计结构。本文仅涉及隐栅场效应晶体管的实验部分。     

向微波功率领域发展的隐栅场效应晶体管(Gridistor)

多沟道面结型-栅极场效应晶体管及其优点,在1964年以隐栅场效应晶体管这个题目已被介绍过了。它包括垂直的和水平的沟道结构。它的发展为的是将场效应晶体管和双极晶体管的优点合并到同一器件中。水平沟道结构所具有的特性在功率管甚高频波段中是十分有用的;但对更高频率和更大功率领域,垂直沟道结构基本上则更为适合。然而,为了发展微波功率领域的这种结构,必须对其作一透彻的了解,以克服其缺点(即较高的栅电阻和微分漏电导等)。第一个问题的解决是将栅的几何形状加以修正,并且增加栅极的体内杂质浓度。第二个问题的解决是将源和漏的薄层电阻给以适当的梯度。于是,使用通常的工艺和普通的栅极精密度(但是要适当的栅极图形)已经得到1千兆赫以上的工作频率、f_(max)约为5千兆赫、频率-功率乘积约为5千兆赫·瓦的单片隐栅场效应晶体管。本文讨论这种器件的特点,并给出全套的实验结果。最后,对不久的将来可望实现,现在已经开始着手进行的功率范围1～2瓦、工作频率8千兆赫的器件作了概述。本文也讨论了接近隐栅场效应晶体管极限的预计结构。本文仅涉及隐栅场效应晶体管的实验部分。     

S和X波段肖特基势垒栅场效应功率晶体管

在S和X波段的频率范围内,砷化镓肖特基势垒栅场效应功率晶体管正与行波管相竞争。普莱赛公司宣称,这种功率器件比行波管更可靠,效率更高,电源更简单。这些特点对于卫星通信和相控阵雷达这样一些应用来说是特别吸引人的。对于卫星系统,在典型情况下,约需1瓦的功率就行了。制成的器件在3千兆赫下,输出功率大于1瓦,增益大于8分贝,效率为30％,即将投入商品生产。预计将达到5千兆赫,并在8～12千兆赫可以达到可比较的性能。但是在X波段以上,恐怕还不能与行波管相争。设计了两种几何形状的器件,一种是梳状的源和漏,其间为曲折状栅,片子上共有四个单元,由键合互连,源和漏接触是铟、锗和金,用铝作肖特基栅。另一种是菱形的     

微波场效应晶体管的研制

本报告叙述了能给出微波功率的砷化镓肖特基势垒栅场效应晶体管的研究结果。这个方案在3千兆赫下已达到1.2瓦的饱和功率,它是在单个的基片载体上由六个栅宽为500微米的小器件并联而成。在3千兆赫下单个器件的小信号增益高达10分贝(截止频率为10千兆赫)。用六个器件并联在3千兆赫下可获得5分贝的增益,输出功率达到800毫瓦。在小信号电平下相互调制分量的测量方法给出-23分贝的三级相互调制分量的结果,对于低的谐波失真来说,这是并未最佳化的器件的典型结果。为了迅速鉴定出制造场效应晶体管的外延材料的质量,采用了水银探针这种技术。从这一工作所得到的结论是欲获较大功率只能靠增大单一器件的尺寸来实现,这是因为在单一基片载体上并联比六个还多的子器件要引起放大器性能的退化。文中对宽为5000微米的自对准栅的器件制造过程作了描述。     

中功率砷化镓肖特基势垒场效应晶体管

固体微波器件研究的最新和最重要的进展之一是研制出了中功率砷化镓肖特基势垒场效应晶体管(GaAsMESFET)。RCA 的研究工作已确认此种器件可用做中功率的放大器和振荡器。我们已做出9千兆赫下,输出功率高达1瓦,功率附加效率η=(P_(out)-P_(in))/P_(dc)为16%(线性增益为5.5分贝)的单元器件。4千兆赫下功率附加效率高达35%,9千兆赫下为21%的器件已经实现。另外,也研制出9.15千兆赫下输出功率     

砷化镓功率肖特基势垒栅场效应晶体管微波性能与器件及材料参数的关系

本文叙述了GaAs 功率场效应晶体管(FET)X 波段测量的最新结果。这类器件用简单的平面工艺制造,已有25个以上的片子获得9千兆赫下功率增益为4分贝时输出功率至少1瓦的结果。这些片子的载流子浓度在5～15×10~(16)厘米~(-3)范围。迄今,4分贝功率增益下的最大输出功率已观察到在11千兆赫下为1.0瓦,在8千兆赫下为3.6瓦。器件在8千兆赫下的功率附加效率可达46%。本文扼要地叙述了制造工艺,并对影响大输出功率的诸因素进行了讨论。这些因素是8×10~(16)厘米~(-3)左右的外延层载流子浓度、良好的器件热沉和低的寄生电阻。还讨论了所观察到的微波性能与总栅宽、栅长、夹断电压、外延掺杂浓度等因素的关系。     

砷化镓网状源微波功率场效应晶体管

肖特基势垒栅宽度为8毫米的网状源砷化镓微波功率场效应晶体管已经研制成功。在源漏电压为8伏和2千兆赫下,器件的输出功率为1.6瓦,功率增益为5分贝,漏的效率为30％。采用多层电极结构是为了在8×10~(-2)毫米~2的面积上分别地并联80个岛状漏和20个苜蓿叶片状栅。     

改进的肖特基势垒场效应微波硅晶体管

讨论了具有1微米栅的改进的硅(金属半导体场效应晶体管)MESFET,其最高振荡频率已达15千兆赫。以前 MESFET 的改善由降低栅金属化电阻的影响和减小栅压点的寄生来达到。现在,在7千兆赫下,最大可用增益 MAG 为5分贝,并且在6千兆赫下最佳噪声系数 F_0是5分贝。在约小于6千兆赫下器件有条件地不稳定。在3千兆赫下单向增益 U 为20分贝。研究表明,不是所有的寄生效应都已消除。如果源栅之间沟道的串联电阻可以减小,f_(max)将接近由本征晶体管所估计的数值35千兆赫。     

肖特基势垒场效应晶体管的微波特性

研究了栅长为1微米的硅肖特基势垒场效应晶体管的微波特性。对管子从0.1千兆赫到12千兆赫的散射参数进行了测量。从测量出的数据确定了包括本征晶体管和外部元件的等效电路。本征晶体管的某些参数,尤其是跨导,受饱和漂移速度的强烈影响。采用高掺杂和窄沟道时,本征晶体管的性能最好。所测的功率增益与等效电路的理论值极为接近。最好器件的最高振荡频率f_max为12千兆赫。从研究中看出,尤其是栅金属化电阻和栅电极接触柄寄生等外部元件,使功率增益显著降低。不然,最高振荡频率f_max可望达到20千兆赫。     

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波段大功率砷化镓场效应晶体管及其特性

最近,硅双极型晶体管在4千兆赫下输出功率可达5瓦。当前,由富士通研究所研制成功的,1974年在IEDM上发表过的大功率GaAsF-ET达到了8千兆赫下输出1.6瓦,10千兆赫下输出0.7瓦。这是最先突破X波段1瓦的三端固体器件。 1970年以后,小信号低噪声放大用GaAsFET获得了发展。以此为前提,人们想,用GaAs能不能制作大功率FET,成了1972年IMS(国际微波技术会议)上讨论的议题。但是,由于GaAs的热导率小,加上制造方法不成熟,真心实意要搞的人是极少的。那时,富士通已生产2千兆赫5瓦的硅双极型高频大功率晶体管(网状发射极),因而对硅双极管、硅场效应管、砷化镓双极管、砷化镓场效应晶体管、固体行波器件等     

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。     

X和Ku波段GaAs肖特基势垒场效应晶体管

已作出1微米栅的 GaAs 肖特基势垒场效应晶体管(MESFET)。它适于 X 和 Ku 波段应用。整个 X 波段的单向功率增益超过9分贝,10千兆赫下噪声系数仅5分贝。     

12千兆赫4瓦倒装型砷化镓场效应晶体管

<正> 一、引言大功率用的 GaAs 肖特基势垒栅场效应晶体管最近的进展引人注目,这就是在6～12千兆赫频段5～1瓦级的器件已经实现了产品化。虽然这些器件已被不断地运用到通讯机器发射部份终端的放大器上,但人们还是强烈希望得到更高频段的大功率和高增益器件。当前的一个器件研究课题是在 X 波段特别是从10千兆赫到 Ku 波段的超高频领域内研制出一定的功率增益的大功率器件。作为 J～X 波段的大功率器件,虽然我们研究过寄生参量小又适于高增益化的所谓“空间布线结构”的 GaAsFET,但是在10千兆赫以上的超高频段内,为了获得     

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     

砷化镓微波肖特基栅场效应晶体管

在10千兆赫下单向功率增益为12分贝和最高振荡频率为40千兆赫的肖特基势垒栅砷化镓场效应晶体管已经研制成功,如图1所示。器件制作在锡掺杂的N型外延层上,该层是在半绝缘的<100>晶向的砷化镓衬底上从镓溶液中外延生长的。0.3微米厚度的外延层的掺杂浓度是7×10~(16)厘米~(-3),在同一薄层上测量到的迁移率是5000厘米~2/伏·秒。器件结构如图2所示。栅是铬-金做的,其厚为0.5微米,长为0.9微米,宽为500微米。它是由接触曝光和剥离工艺制造的。源-漏是金-锗合金接触。源和栅的间距是1微     

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。