ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 225
Скачиваний: 1
Подставляя (Д.З, б) в (Д.1) и (Д.2) и проводя интегрирование, находим
Ld ехр |
w6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L d |
(La+хк) |
|
ехр W6o |
|
|
ехр |
|
Хк |
+ L a ( — х'к — |
La)x |
||||
|
L n |
|
|
' L d |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Xexp |
, |
|
~XYL \ |
1 , ~ „ 2 |
~ , 2 , |
|
8 g n (Фкк + 1 ^ Р - " 1) |
(Д-5) |
||||
|
|
|
— - — |
+ — (хк — *к ) = |
|
— |
||||||||
|
|
|
|
|
L a |
J |
2 |
|
|
|
|
qNdK |
|
|
При |
выводе |
уравнений |
(Д.4) и |
(Д . 5) мы |
пренебрегли |
членами |
||||||||
- 1 - |
Х |
к ^ ехр ( — ±а\ |
по |
сравнению |
с |
ехр ( — ^ - ) и ехр ( — £ И |
||||||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соответственно, |
|
поскольку |
при | |
р-п | ~ |
^ к б с—Л ж |
^ б о - |
н а л и ч и и |
|||||||
явления |
смыкания |
р-п |
переходов |
(прокола |
базы) |
полагаем — x'K=Wfo — |
||||||||
—(x''-х).
ѵэ эо
Величину лГ^— x£ = x£-f Wgo — (х"к— хд()) находим из (Д . 4):
|
X |
Id |
ехр |
) |
— — — |
После |
подстановки |
выражения |
(Д.6) |
в (Д.5) получаем |
|
уравнение |
для определения £/к б с: |
|
|
||
Ld ехр
XLÎ\l - 7 ^ ехр
І а
э эо |
WQO \ |
1 |
|
|
L a |
ехр I — — |
+ — ехр |
\ L a J |
|
L a |
I |
z |
||
-(х" — х |
) |
|
\ э |
эaоo |
/ |
ее 0
1
ехр
V L d L a
(фкк+І ^кб с qN,du
(Д-6)
следующее
( Д - 7 )
Очевидно, что первый член в левой части (Д.7) значительно меньше второго, так как
|
|
ехр { |
W6n \ |
Мд(хэ0) ~ ЮО > 1 |
|
|
L a |
|
|
и, кроме того, |
срк к |
< UKQс , |
ибо ф к |
к ж 0,5 В, а У к бс > Ю В . |
Пренебрегая малыми членами в (Д.7), окончательно получаем следую |
||||
щую формулу |
для |
с7к бс: |
|
|
q
^кб r, = —
2ее0
^a(x30)Wl0exP[~2(xl-xJ/La}
Г. ~.—77-, . .,, ,„ X NdK[\nNa(x30)lNdK]*
X |
L d |
|
x'—x эо |
(Д-8) |
— |
ехр |
|
||
|
|
|
La
Глава девятая
О С О Б Е Н Н О С Т И СВЧ ТРАНЗИСТОРОВ
9.1. Основные направления в конструировании СВЧ транзисторов
Среди современных кремниевых планарных транзисторов важ ное место занимают приборы, предназначенные для работы в диа пазоне частот от нескольких сотен мегагерц до нескольких гигагерц при больших уровнях мощности. Существует также целый класс маломощных транзисторов сантиметрового диапазона для исполь зования в схемах, где требуются высокое усиление и малые шумы. Если при разработке малошумящих СВЧ транзисторов главной задачей является получение максимального значения предельной частоты fr и малой величины распределенного базового сопротив ления Г б , то при разработке мощных СВЧ транзисторов первостепен ную важность приобретает вопрос обеспечения равномерного токораспределения и отвода тепла.
Область применения мощных СВЧ транзисторов в специаль ной радиоаппаратуре весьма широка: они используются в предоконечных и выходных каскадах усилителей мощности передающих устройств, предназначенных для различных средств связи, в сис темах телевизионного приема на общую антенну, в авиационной аппаратуре, в космической телеметрии, в фазированных антенных решетках и для многих других специальных целей. Малосигналь ные транзисторы дециметрового диапазона с малым коэффициентом шума с успехом используются вместо преобразователей с барьером Шоттки и туннельных диодов, а также вместо сложных варакторных параметрических усилителей. Кроме того, они часто приме няются для широкополосного и узкополосного усиления.
Втабл. 9.1 представлены основные параметры современных зарубежных СВЧ транзисторов (по литературным данным на конец 1971 г.).
В[154] приводятся данные о том, что коэффициент шума тран
зистора V578 на частоте 4 ГГц составляет 5—6,5 дБ, а на частоте 1 ГГц — всего 2 дБ. Наиболее высокое значение предельной час тоты fr, достигнутое в СВЧ транзисторах, составляет в настоящее время 12,6 ГГц [155] при толщине квазинейтральной базы 1200 Â; барьерные емкости коллекторного и эмиттерного переходов равны соответственно 0,08 и 0,045 пФ.
Успехи в области разработки СВЧ транзисторов стали в о з можны в результате широкого и детального исследования электри-
236
Тиип
И з г о т о в и т е л ь
т р а н з и с т о р а
|
|
Т а б л и ц а |
9.1 |
|
|
рабочая частота,Мгц |
Основные |
х а р а к т е р и с т и к и |
напряжение питания,В |
Емкость коллектора, пФ |
|
выходная мощность,Вт |
д.,п.к. % |
|||
|
к о э ф ф и |
|
|
|
|
циент |
|
|
|
|
усиления |
|
|
|
|
по |
мощно |
|
|
сти, д Б
ЗТЕ445 |
І Т Т , США |
400 |
20 |
6,5 |
50 |
48 |
•— |
С—25—28 |
СТС, США |
400 |
25 |
7 |
65 |
28 |
|
J02001 |
TRW, США |
400 |
40 |
5 |
50 |
24 |
— |
ХВ5028 |
СТС, США |
400 |
50 |
12 |
•— |
28 |
— |
2N5178 |
TRW, США |
500 |
50 |
5 |
60 |
28 |
60 |
2N5595 |
TRW, США |
1000 |
10 |
6 |
60 |
28 |
8 |
MSC1010*> |
MSC, США |
1000 |
10 |
8,2 |
60 |
28 |
— |
2N5596 |
TRW, США |
1000 |
20 |
5 |
55 |
28 |
16 |
MSC2010*> |
MSC, США |
1000 |
20 |
10 |
60 |
28 |
— |
ТА7205 |
RCA, США |
1200 |
11 |
11,5 |
60 |
28 |
—. |
2N5483 |
TRW, США |
2000 |
5 |
4 |
33 |
28 |
8 |
2N5921 |
RCA, США |
2000 |
5 |
7 |
35 |
28 |
— |
РТ8610*> |
TRW, США |
2000 |
10 |
7 |
30 |
28 |
— |
V575 |
NEC, Япония |
2300 |
2,5 |
10 |
— |
18 |
5 |
РТ6635 |
TRW, США |
3000 |
2 |
5 |
33 |
28 |
— |
MSC3005*) |
MSC, США |
3000 |
5 |
5 |
30 |
28 |
— |
V578 |
NEC, Япония |
4000 |
— |
8 |
— |
— |
— |
MS0146 |
Texas Instr., США |
4000 |
0,6 |
— |
30 |
28 |
— |
MSC4005*) |
MSC, США |
4000 |
5 |
4 |
30 |
28 |
6 |
*' Дл я использования в схемах с общей базой.
ческих и тепловых процессов, происходящих в структуре высоко частотных (в том числе и эпитаксиально-планарных) транзисторов, а также благодаря резкому качественному скачку в технологии, который привел к значительному усовершенствованию таких про цессов, как диффузия, эпитаксиальное выращивание, фотолито графия и создание омических контактов.
Основные проблемы, которые приходится решать при конструи ровании мощных транзисторов СВЧ диапазона, вытекают из тре бований, предъявляемых к параметрам этих транзисторов и опре деляющихся особенностями их применения в конкретных схемах. Несомненно, наиболее обширной областью применения является использование таких транзисторов в различных высокочастотных усилителях мощности. В связи с этими важнейшими характеристи ками, определяющими класс мощных СВЧ транзисторов, являются рабочая частота, максимальная выходная мощность, коэффициент усиления по мощности и коэффициент полезного действия.
Существует еще целый ряд параметров, специфичных для этого класса планарных кремниевых транзисторов, однако все они в той или иной степени определяют четыре вышеназванные характеристи ки. Таким образом, основные направления в конструировании СВЧ
237
мощных транзисторов обусловлены необходимостью одновременного сочетания требуемых высокочастотных свойств и энергетических показателей.
Все трудности, которые связаны с получением больших мощ ностей на высоких частотах, вытекают из противоречивости тех требований, которые предъявляются к размерам транзисторной структуры. Например, для повышения частотного предела необ ходимо уменьшать емкость коллекторного перехода, т. е. факти чески его площадь. Однако требование увеличения полезной мощ ности неизбежно влечет за собой увеличение размеров транзистор ной структуры.
Компромиссное решение было найдено с учетом |
того факта |
(см. гл. 4), что при высоких уровнях рабочего тока |
происходит |
оттеснение его к периферийной части эмиттера. Топология транзис тора разрабатывается таким образом, чтобы обеспечить макси мальное отношение периметра эмиттера к его площади; тем самым удается значительно увеличить активную область транзисторной структуры и обеспечить достаточно большой рабочий ток без уве личения общих размеров всей структуры. Идея создания транзисто
ров с высоким отношением периметра |
эмиттера к его площади |
была предложена Флетчером в 1954 г. |
[59]. |
Первым важным практическим результатом этой идеи явилась разработка гребенчатой (interdigitated) конфигурации транзистор ной структуры, в которой эмиттерная область имеет в плане вид «гребенки», а контакты эмиттера и базы располагаются рядом, регулярно чередуясь (см., например, [156]). Гребенчатая (или полосковая) конфигурация является основной для большинства мощ ных СВЧ транзисторов; фотография одного из них представлена на рис. 9.1.
Следующим крупным шагом в разработке транзисторных струк тур с высоким отношением активной части площади перехода к об щей площади было создание многоэмиттерных (overlay) транзисто ров [157—159], в которых вместо одного непрерывного эмиттера или набора вытянутых параллельных полосок имеется большое ко личество отдельных маленьких эмиттерных областей, объединенных слоем общей металлизации (рис. 9.2). Таким путем удается в преде лах той же самой площади коллекторного перехода получить гораз до больший периметр эмиттера. Кроме этого, многоэмиттерная конфигурация предполагает наличие в базовой области транзистор ной структуры сильнолегированной р+-сетки, являющейся пас сивной частью и соединенной с активной высокоомной областью базы. Наличие низкоомной р+-сетки позволяет значительно умень шить пассивную составляющую базового сопротивления и переход ное контактное сопротивление между кремнием и алюминием, т. е. в конечном счете снизить действительную часть входного им педанса прибора. Наконец, .третьим существенным отличием от гребенчатой конфигурации является то, что эмиттерная металлиза ция, объединяющая все отдельные эмиттерные элементы, проходит
23§
