微波晶体管可靠性预测

本报告给出了73.2～74.4所做的关于估价微波功率晶体管失效机理的结果,并给出了这些器件预期的可靠性和寿命结果。根据详细的失效分析进行了一系列加速射频寿命试验。估价了金和铝两种金属化系统器件。早期的工作是在 MSC1315和 PHI1510器件上进行的。PHI 型金金属化器件可在340℃结温下工作长达2000小时而不失效。MSC 型铝金属化器件在250℃结温下工作800小时或在310℃结温下工作10小时失效。其主要失效机理是电徙动。     

高可靠网状发射极晶体管

本文介绍采用网状发射极结构研制了具有极高可靠性的硅npn高频功率晶体管。指出以往影响这种晶体管可靠性的主要原因是电流集中和电极的电徒动。作者发现热脉冲会引起电极劣化。在动态工作条件下在极短时间内就可引起晶体管的损坏。采用扩散型的发射极镇流电阻,并用SiO_2覆盖铝电极可防止其退化。采用这些可靠性措施之后,器件在145℃的结温工作,其MTTF在几百万小时以上,这技术已应用到1千兆赫最大功率30瓦的27个品种的高可靠性网状发射极晶体管(MET)的设计及批量生产中。现在在4千兆赫,7千兆赫频带的微波中继系统中使用的MET其MTTF在220万小时以上,在超高频卫星电视装置及各种无线电装置中已开始使用MET并取得较好效果。     

微波晶体管可靠性研究

用四种微波晶体管作了典型使用条件下的加速直流电徙动试验。获得了一个较低的激活能以及典型的电徒动方程的一个较大的指数项前的常数和较小的电流密度指数。三种晶体管也在2.0千兆赫下作了工作寿命试验。5000小时的试验后,直流和射频试验之间开始呈现出相互有关。振荡器失效而放大器未失效。金引线的功率循环中没有出现引线或键合的失效损坏。温度步进应力试验表明,一个半导体器件不能在其易熔的温度之上使用。用一个计算机模型计算高管壳温度和大功率负荷下的工作温度,这时难于进行和解释实际测量。     

低噪声GaAs FET的失效机理和可靠性

已采用各种不同的应力老化技术(其中包括:加偏压或不加偏压下的高温贮存,加偏压或不加偏压的湿度试验以及温度循环试验)加速低噪声 GaAs FET 的失效和退化。已观察到几种时间-温度-偏压诱导的突然失效机理,全部试验器件都采用铝栅金属化。器件失效的机理是:Al-Au 相的形成、铝的电徙动和电解腐蚀。这些过程最终都将导致栅开路。加速老化还会造成高频和直流特性缓慢的永久性退化,虽然这两者之间并不总是相关的。事实上,与某些预计的结果相反,接触电阻可以增加几乎两个数量级,而低噪声晶体管的噪声系数和增益都没有明显的退化。除接触电阻外,还认为像沟道中存在的陷阱这样一类的其他机理对高频性能的退化起作用。已发现所有重要的退化机理都是对偏压敏感的,并且在不加偏压下老化时,将错误地给出长寿命的估计。观察到的失效机理的累积失效分布接近对数正态分布,其标准偏离在0.6到1.4之间。相应的退化或失效过程的激活能约为1.0电子伏,由此给出60℃下(沟道温度)的中位寿命超过10~7小时,并且在工作20年后,相应的失效率(除去早期失效)低于40非特(每10~9器件小时失效40个)。     

14～18千兆赫的砷化镓放大器和振荡器

最近,美帝国际商业机器公司制成了14～18千兆赫的实验性晶体管放大器和振荡器。由于采用了砷化镓晶体管,使它们的频率特性提高了。在室温下,砷化镓晶体管中的电子饱和漂移速度比在硅中大2倍。据报道,在17千兆赫下,振荡器输出为1毫瓦。在14.9千兆赫、150千兆赫的3分贝带宽下,四级窄带放大器产生最大的功率增益为16分贝。在18千兆赫、380兆赫的带宽以上,三级放大器呈现的最大增益为6分贝。电路中所采用的新型晶体管的外推法测量数据表明,晶体管的最高振荡频率实际上在30千兆赫以上。理论计算表明,只要     

高稳定C频段砷化镓场效应晶体管振荡器

因为砷化镓场效应晶体管振荡器比其它类型的固态振荡器的噪声低,效率高而且设计灵活,所以在微波通信中非常适用。目前已有有关 C 频段和 X 频段的砷化镓场效应晶体管振荡器试验成功的报导。这些振荡器的输出功率均低于10O毫瓦,直流——射频变换效率低于20%。本设计采用共源砷化镓场效应晶体管振荡器结构。振荡器是一个 C 频段的集成化振荡器。在振荡器中有一个最佳外反馈网络,共源场效应晶体管片安装在氧化铝陶瓷基片上。振荡器的微带线和作反馈用的电容器串联连接。这种没有采取稳定措施的振荡器,在6千兆赫可产生400毫瓦的功率,效率为38%。这可与同一场效应晶体管片作放大器用时产生的最大输出功率相比拟。     

14～18千兆赫晶体管放大器

据讯,美国IBM研究实验室研制了一种在目前来说频率最高的高频晶体管化放大器和振荡器。为了获得14～18千兆赫下的性能,该实验装置应用了砷化镓肖特基势垒场效应晶体管。这些晶体管IBM公司称之为金属-半导体-场效应晶体管(MESFET),它们在15千兆赫下具有8分贝的增益。用这类晶体管制成的三级放大器在16.9千兆赫下的功率增益为6     

L波段Si微波脉冲功率晶体管射频加速寿命试验

Si微波功率器件应用十分广泛,其可靠性直接影响使用设备的性能.以L波段Si微波脉冲功率晶体管为例,提出了一种基于Arrhenius模型的Si微波功率晶体管可靠性寿命评价方案.采用L波段Si微波脉冲功率晶体管在射频脉冲工作条件下(f=1.3 GHz,Pin=40 W,TW=150 μs,D=10%)进行了壳温为200℃的高温加速老化试验,应用Arrhenius模型对试验结果进行了分析和计算.推导得出了L波段Si微波脉冲功率晶体管在室温(25 ℃)工作条件下的平均寿命为6.2×106 h.     

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。     

C波段晶体管放大器

据报导,美国厄伐恩特公司研制成新的微波低噪声 AM-5200N 型晶体管放大器。其工作频率范围为2.6～5.2千兆赫,噪声系数为8分贝。将用于电子对抗系统。微带放大器采用该公司生产的频率高达6千兆赫的双极小信号硅晶体管。据称,放大器具有增益稳定,无微起伏噪声,高的平均失效寿命时间(7100,000小时)和优于行波管的相     

在超高频下千兆赫晶体管的破坏

问题的提出在2千兆赫放大器的设计中,将采用许多2千兆赫5瓦的微波功率晶体管;同样,这些器件用于带宽200到500兆赫的超高频放大器中也是很好的。正如多数的微波器件那样,这些晶体管的增益随着工作频率的下降按照6分贝倍频程的比率增大。功率增益在2千兆赫时仅5分贝,当频率下降到0.5千兆赫时,增益上升到17分贝。设计者认为,由于在较低频     

Si IGBT和SiC MOSFET分立器件封装可靠性对比

为了明确SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)与Si绝缘栅双极型晶体管(IGBT)寿命差异的原因，在相同结温条件下对上述两种分立器件进行功率循环试验。试验结果表明，SiC MOSFET的寿命大于Si IGBT的寿命。若将两组试验负载电流等效一致，则SiC MOSFET的寿命约为Si IGBT的1/4。为了揭示寿命差异的根本原因，即失效机理的探究，建立了两种器件电-热-力多物理场有限元模型并在功率循环试验条件下进行仿真，结果表明造成寿命差异的原因是Si、SiC材料与铝材料之间的热膨胀系数差异不同，导致器件在功率循环中受到循环热应力时产生的塑性应变不同。研究结果为提高SiC MOSFET的寿命提供了理论参考。     

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。     

顶面集电极接触的微波功率晶体管(第一部分)

本合同研究的宗旨在于设计、制造和评价一种全顶面接触的微波功率晶体管。该器件在1～1.5千兆赫的频段具有30瓦的脉冲输出,增益大于7分贝。本合同是制造射频功率晶体管三个组成部分中的第一部分,该器件采用了消除键合引线的匹配网络。TRW 公司目前拥有在2.0千兆赫下具有连续波输出25瓦的微波功率晶体管。该器件在1.5千兆赫下能输出35瓦的连续波功率,增益为8.0～8.5分贝,器件设计的主体是采用全顶面接触的器件结构。本报告涉及这项研究工作的设计、制造程序和进展情况。在第一个季度报告中讨论了全顶面接触的功率品体管的设计进展情况及其研制结果。还讨论了研制全顶面接触结构的工艺技术及新设计。二、顶面集电极接触的晶体管研制     

带线封装的2千兆赫、5瓦晶体管

为了适应微波集成电路的应用,美国无线电公司将二组同轴晶体管重新设计为带线封装型。这种新型晶体管是第一个在千兆赫频率下工作,具有发射极保护电阻的器件。这种设计使得输出阻抗在额定功率和频率下的所有相位角失配,高达10:1。这些器件在2千兆赫下     

微波晶体管——理论和设计

微波晶体管可以作为6千兆赫下的小信号放大器和4千兆赫下的功率放大器。所有微波晶体管几乎都是硅平面型的。功率晶体管采用三种典型的几何结构,即梳状式、复盖式和网状式,而小信号晶体管仅采用梳状式一种。本文论述了晶体管的频率响应的一般理论,其中包括有源元件和无、源元件。着重叙述了硅微波晶体管的设计和制作步骤。最后一部分介绍了晶体管设计和分析中所采用的高频测量方法。     

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     

基于加速退化晶体管贮存寿命的评估

为探求快速评价国产晶体管长期贮存寿命的方法,对国产3DK105B型晶体管开展了加速退化试验的分析和研究。通过三组不同温、湿度恒定应力的加速退化试验,确定了晶体管的失效敏感参数,利用其性能退化数据外推出样品的寿命;给出了常见的三种分布下的平均寿命,并结合Peck温湿度模型外推出自然贮存条件下本批晶体管的贮存寿命。最后分析了试验样品性能参数退化的原因。试验结果可以为评估国产晶体管的贮存可靠性水平提供一定的参考。     

P波段硅脉冲功率管工程实用化研究

详尽介绍了３ＤＡ５０２ 型硅脉冲功率晶体管工程实用化的研究过程。围绕可靠性综合设计开展六项专题研究, 并辅以用红外热象法监测结温和射频加速寿命试验法, 保证器件的长期使用可靠性, 为雷达全固化创造了基础条件     

微波功率晶体管近几年来的发展水平

微波功率晶体管近几年来的发展速度保持着迅速的步子。以5瓦连续输出功率晶体管为例,1962年频率为0.25千兆赫,1964年为0.5千兆赫,1966年为1千兆赫,1968年为2千兆赫,1969年计3千兆赫,1972年为4千兆赫,1973年可达5千兆5瓦。在不久的将来连续输出5瓦的功率管每1～2年可望提高1千兆赫。