微波砷化镓场效应晶体管的信号和噪声性能(二)

A.引言 1.本征噪声源微波GaAsFET的噪声由两个方面引起:器件本征噪声源以及与寄生电阻相关的热噪声源。本征噪声起因于两个机构。其一是在“欧姆性”沟道区,即区域Ⅰ中产生的热噪声,或称约翰逊噪声(Johnson noise)。     

砷化镓场效应晶体管的噪声性能

一、引言砷化镓肖特基势垒场效应晶体管是在X波段和更高频率上显示线性功率放大性能的第一个三端固体器件。它的独特的信号处理能力和低噪声特性已为许多工作者所证明。例如,在10千兆赫时,其噪声系数接近3分贝的已有报导,而理论上预计的还低一些。目前,从低的C波段往上,砷化镓场效应晶体管已在低噪声放大器中被采用。就这点而论,它很出色地弥补了硅双极晶体管仍然只能控制C波段以下的微波波段的状况,然而,现在正用具有缓冲层的场效应晶体管来实现降低噪声,双极晶体管的这一独特频率范围不会继续存在多久。图1是根据1975年7月用硅双极晶体管和砷化镓场效应晶体管     

砷化镓和磷化铟场效应晶体管噪声性能的极限

化合物半导体场效应晶体管做为微波低噪声放大器是很有希望的,然而在诸如GaAs和InP这样的材料中谷间散射对噪声性能的影响仍然是个问题。谷间散射是导带中获得相当高速度的主能带上的电子随机地激发到速度低得多的次能带上。此外,由于速度过冲,化合物半导体FET的微波增益也受到谷间散射的影响。速度过冲是这样一种现象,即电子通过一个短沟道器件的部分或整个渡越时间里,其速度超过从平衡速度与电场关系曲线中对特定电场应得到的速度值。本文的目的是确定这些现象对化合物半导体FET的噪声性能极限的影响;比较GaAs和InP器件可望的最终噪声性能;以     

微波砷化镓场效应晶体管的进展(续)

<正> 三、GaAsFET 的应用随着 GaAsFET 的迅速发展,应用范围也日趋扩大。在一定范围内将逐步取代雪崩二极管、耿二极管、参量放大器和中、小功率行波管。在微波中继装置、多路无线电通信、卫星通信、雷达和电子对抗等微波电子设备中都能得到广泛应用。GaAsFET 可用作放大器、振荡器、混频器、限幅器、调制器、微波开关以及数学开关逻辑电路等。但到目前为止,普遍应用的主要是放大器,对其研究较成熟,市场上产品也较多。近几年来,在振荡器和混频器等方面的研究逐渐增多,但基本上还处于研     

微波砷化镓场效应晶体管放大器在低温下的噪声性能

对贝尔实验室微波砷化镓场效应晶体管放大器在液氮制冷(78°K)下4千兆赫的噪声温度已进行了测量,得到的最佳噪声温度大约是30°K(0.4分贝的噪声系数),而4千兆赫下噪声温度的室温值是152°K(1.8分贝)。     

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。     

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。     

离子注入的砷化镓微波场效应晶体管

用硫离子直接注入掺铬半绝缘衬底作成沟道区,制成了砷化镓微波场效应晶体管,这样就避免了生长外延层。这一离子注入法已用于制作0.25微米厚、厚度及载流子浓度均匀的n型层,对不同的样品载流子迁移率在2410～3620厘米2/伏·秒范围。由于均匀性好,用此注入层制作的场效应晶体管同一个片子上各个管芯的跨导和夹断电压重复性好,其偏差不超过±10％。通常,掺铬的砷化镓满足于制作场效应晶体管,然而为了获得最高的迁移率希望铬的补偿最小。表征微波特性的S参数测量推算出f_(max)=20千兆赫,然而因阻抗失配和管壳参量的影响,传输增益大约在7千兆赫截止。     

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     

微波频段上的砷化镓场效应晶体管(下)

特宽带砷化镓场效应晶体管放大器在双极型晶体三极管中运用负反馈实现宽频带的方法,在场效应晶体管放大器扩展频带的设计中也用。这种负反馈方法改善了驻波比,保证了增益特性曲线的平坦,也扩大了动态范围。另外一种宽带方法是平衡型放大器,它可获得良好的驻波性能。专门运用在频率比较高、带宽从1个倍频程至几个倍频程的情况。     

微波砷化镓场效应晶体管的可靠性

业已证明,砷化镓场效应晶体管的失效常常发生在较小的制造过程中造成的缺陷的部位上。可用扫描电镜和光学检查去除有这些缺陷的器件。失效常常可用能量脉冲来探测,能量脉冲能使材料从局部区域冲出。由正或负脉冲所引起的失效有不同的特性:栅上的正脉冲倾向于引起紧靠栅键合压点处或栅电阻大的区的失效;负脉冲倾向于引起制造过程中造成的缺陷的失效。该损伤可能不至于使器件电性能变坏,但将严重地降低其寿命。     

微波频段上的砷化镓场效应晶体管(上)

序言微波通信、雷达、电子对抗、卫星地面站等正在实现固体化。就同体化而言,已经有一段漫长的历程了,最先是从接收机的固体化开始,然后又发展到发射机的固体化。在七十年代初,陆续地出现了雪崩二极管和甘氏二极管的放大器,并使之用于微波通信成为一种典型的固体化器件。     

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     

砷化镓场效应晶体管的设计和性能

已研制成最高振荡频率(f_(max))大于12千兆赫的砷化镓场效应晶体管。器件具有肖特基势垒栅的半绝缘砷化镓衬底上的外延淀积n型沟道。接触工艺和结构的改进显著地提高了器件性能。     

采用砷化镓场效应晶体管的微波放大器

本文描述了砷化镓场效应晶体管技术的现状,给出了这种器件的特性曲线,以及各种用于1～8GHz微波放大器的设计方法和要求。     

用于微波仪器的砷化镓场效应晶体管

自从 C.A.Mead 在1966年提出砷化镓肖特基势垒栅场效应晶体管(GaAs ME-SFET)以来,就普遍认为它将是应用于微波领域里的器件。GaAs FET 的早期发展是缓慢的,但在1970和1971年在制造工艺和材料制备上有重大突破后,使得所希望的器件得以实现。最高振荡频率 f_(max)达50千兆赫且直到18千兆赫仍有有用增益的1微米栅长的MESFET,在许多研究室都能制得。今天我们在微波半导体工业里看到的情况,可称之为“砷化镓场效应晶体管革命”。     

功率砷化镓场效应晶体管和微波集成电路砷化镓场效应晶体管功率放大器中的温度与可靠性的关系

虽然GaAs FET(砷化镓场效应晶体管)的性能至少可根据几何形状和掺杂等因素大致加以预测,但其可靠性只能靠实测加以确定。金属结构、钝化,封装中轻微的差别,就会引起完全不同的老化特性。大多数的可靠性研究有三个目的。第一,得到能有效地估计器件在实际工况下的失效率所需的数据。第二,发现和理解失效机理,以便尽可能将其影响消除。第三,建立筛选法,确保生产的器件和可靠性数据所基于的组件完     

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。     

微波低噪声砷化镓肖特基势垒场效应晶体管

概述在典型的4～8千兆赫倍频程带宽低噪声放大器中,目前主要采用隧道二极管、参量放大器以及行波管。但此三者各有其不足之处。隧道二极管噪声系数可以做得很低,但仅能处理低电平信号,于-20分贝毫瓦处便饱和;参量放大器噪声系数最低,但成本高,而且在倍频带宽应用时产生相当的畸变;行波管应用较广,一般具有低噪声放大器的大部分优点,如噪声低,信号处理能力强等,但遗憾的是行波管体积大,比如典型的     

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。