微波砷化镓场效应晶体管的进展

一、发展概况早在五十年代初期,肖克莱就提出了关于场效应晶体管的基本工作原理。由于材料和工艺方面的原因,在相当长的时间内进展迟缓。自1966年C.A.Mead提出砷化镓肖特基势垒栅场效应晶体管(GaAsMESFET)以来,普遍认为它可望成为一种很好的微波器件,竞相投入力量进行研制。1970年后,在砷化镓材料和制管工艺方面都有重大突破,从而使器件性能水平迅速提高。 1972年,GaAsMESFET已达到在10千兆赫下,噪声系数3.5分贝,增益6.6分贝。远远超过硅双极晶体管的性能。而且也提出了考虑到载流子速度饱和谷间散射的噪声模     

用离子注入制造性能优良的砷化镓场效应晶体管

北美砷化镓会议录论文集中的“用硒离子注入制造砷化镓场效应晶体管”这篇文章介绍了罗克韦尔国际科学中心采用离子注入技术取代外延生长技术形成有源层,制造出接近于理论特性的低噪声砷化镓场效应晶体管。对于栅长0.9微米的器件,论证了增益与频率的特性。结果表明,最大振荡频率超过50千兆赫。在10千兆赫下,典型噪声系数为3.5分贝,而增益为7分贝。经挑选,有些器件,在10千兆赫下,噪声系数可低达3.3分贝,而最大可用增益为11.5分贝左右。J.A.Higgins 等人宣称“对于相同几何图形的 FET,1976年 Hewitt 等人计算出了噪声系数的最佳值为3.5分贝,这就证明离子注入的晶体管与理论预计的特性相符。”     

栅网结构多沟道场效应晶体管

一、前言栅网结构多沟道场效应晶体管(多沟道面结型——栅场效应器件)这是一种新型场效应晶体管,它是从另一种场效应管——Tecnetron(场控管)发展过来的。早在1930年李林费尔德和奥斯卡·黑尔等人就提出过用场效应原理来制作器件的设想。1948年肖克莱和皮尔逊等人用锗进行了实验,1952年肖克莱提出了结型场效应晶体管的理论。1955年达西和罗斯等人考虑到载流子迁移率随电场 E~(-1/2)而变化的规律,从而修正了肖克莱的理论,并对器件样品进行分析,他的结论是:平面结构场效应器件     

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。     

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。     

C波段低噪声场效应晶体管放大器

本文介绍C波段低噪声场效应晶体管放大器的初步研制结果。采用国产CX-50型砷化镓场效应晶体管。通过对晶体管S参数和噪声参数的测试进行电路设计。制成两级级联放大器作为接收机低噪声前端,实现了5公分频段的指标是:(包括前置限幅器、隔离器和后置接收机噪声在内的)系统噪声系数4.0分贝,放大器增益14分贝。文中并简介放大器承受射频脉冲功率的实验情况,以及与雷达使用有关的若干指标的初步测试结果。     

用于卫星通信的低噪声和线性场效应晶体管放大器

用于通信卫星上的场效应晶体管放大器已取得显著进展。在12千兆赫下,环境温度噪声系数低达4.8分贝,增益为35分贝,而截止点高达+28分贝毫瓦。预计失效前平均时间超过10~6小时。     

C波段低噪声埸效应晶体管放大器

本文介绍C波段低噪声场效应晶体管放大器的初步研制结果。采用国产CX-50型砷化鎵场效应晶体管。通过对晶体管S参数和噪声参数的测试进行电路设计。制成两级级联放大器作为接收机低噪声前端,实现了实验室內5厘米频段的指标是:(包括前置限幅器、隔离器和后置接收机噪声在内的)系统噪声系数4.0分贝,放大器增益14分贝。文中并简介放大器承受射频脈冲功率的实验情况,以及与单脈冲雷达使用有关的若干指标的初步测试结果。     

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。     

四公分低噪声场效应晶体管放大器

本文介绍四公分低噪声场效应晶体管放大器的初步研制结果,通过对晶体管S参数的测试进行电路设计。制成两级级联放大器作为接收机低噪声前端。在实验室内实现的指标是:放大器的噪声系数小于4.3分贝,放大器增益为14分贝。文中同时介绍了放大器所能承受的射频脉冲功率及实验数据。     

用于4千兆赫无线电设备的低噪声砷化镓场效应晶体管放大器

4千兆赫无线电设备用的低噪声放大器已设计成功,并投入生产。其噪声系数≤2分贝,典型增益值是10分贝,输入和输出回波损耗≥25分贝。当电源或低噪声晶体管任何一个失效时,其插入损耗通常为5～8分贝。该放大器采用了把一个砷化镓场效应晶体管与一个利用环型器的无源可靠旁路网络相连接的方法。这种方法可以使噪声系数和增益平坦度对每一个放大器都是最佳状态,而无须对输入和输出匹配进行折衷考虑。可以断定,这种单级晶体管放大器的设计与平衡放大器的设计相比,在性能和简单化方面都具有显著的优点。     

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。     

砷化镓场效应晶体管的现状和将来

现在,微波晶体管,硅双极晶体管已开始广泛地用来做4千兆赫下低噪声和功率等各种放大器。由于晶体管放大器和其他结构的放大器相比,具有许多优良的性质,可望研制在更高频率下具有低噪声,高增益、高输出功率等特性的晶体管。然而,硅双极晶体管的特性目前已大致接近其极限,作为其代替者,GaAs肖特基势垒场效应晶体管(GaAsSBEET或GaAsMESFET)近年来引起人们极大的注意。自Mead(1966)提出了GaAsFET,Hooper(1967)等人确定了其作为微波晶体管的可能性,到Drangeid(1970)等人试制了最高振荡频率为30千兆赫的器件,这段时间为该器件作为微波晶体管的试制期。到1972年,Liecht等人成功地制     

4～5千兆赫低噪声晶体管放大器的初步研制

利用研制中的硅双极晶体管设计制作了4～5千兆赫频段低噪声晶体管混合集成放大器。实验结果表明,利用这种晶体管制作C波段放大器其性能可满足一定的使用要求。初步结果为:4千兆赫频段两级放大器噪声系数4.5分贝左右,增益10分贝(±1分贝),带宽>500兆赫;5千兆赫频段两级放大器噪声系数6分贝左右。增益10分贝±1分贝),带宽>400兆赫。实验分别是在氧化铝陶瓷衬底和聚四氟乙烯玻璃纤维敷铜板上采用微带电路制作的。     

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。     

宽带集总元件X波段砷化镓场效应晶体管放大器

本文叙述了用砷化镓肖特基势垒栅场效应晶体管设计两级宽带X波段放大器。扼要地说明了放大器和内部器件的性能。放大器在6.5～12千兆赫频率范围有9.5±1分贝的增益。输入和输出的电压驻波比不超过2.5:1。所述实际宽带匹配网络使放大器总的噪声系数减到最小,并在整个设计带宽内保持恒定的增益,同时计算了寄生、损耗和不均匀电容的影响。     

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     

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。     

工作在K波段的GaAsFET

据报导用最新的GaAsFET可和新的InP耿效应器相竞争。 根据Varian研究小组报导,至少在18.5～26千兆赫下性能非常好。由M·N等人设计的单级放大器证明,18.5～20.5千兆赫频段的增益为9±1分贝,23～26千兆赫频段的增益达8±1分贝。调准最小的中波段噪声系数,末尾的放大器显示了在24千兆赫下噪声系数5.6分贝,并有振荡增益5.0分贝。     

10千兆赫低噪声砷化镓场效应晶体管

本文报导在5厘米波段GaAsFET的基础上,采用氧离子注入代替化学腐蚀台面作隔离,用普通接触式曝光——金属剥离技术制作1微米栅条,采用挖槽法等,可以使GaAsFET性能进入3厘米波段,用ST31生陶瓷管壳封装的器件,在10千兆赫下噪声系数N_F=4.7分贝,同时增益G_(NF)=4.7分贝;或者N_F=5.8分贝,G_(NF)=7.0分贝。文章最后对如何进一步提高器件性能作了讨论。