Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Анализ работы и применение активных полупроводниковых элементов

ВЫБОР МАЛОСИГНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ СХЕМЫ ПТШ

Для описания характеристик GaAs ПТШ и устройств на его основе необходимо иметь эквивалентную электрическую схему в виде сосредоточенных R-L-C-элементов и генераторов токов, управляемых напряжениями транзистора. Расчет этих схем методами теории СВЧ-цепей с применением аппарата

  • 5- или ^-параметров позволяет использовать их в виде активного 4- или
  • 6- полюсника при расчете линейных устройств диапазона СВЧ.

Эквивалентные электрические схемы ПТШ (ЭС ПТШ) можно получить несколькими способами:

  • 1) применением параметрической оптимизации значений элементов ЭС ПТШ с целью достижения совпадения в диапазоне частот значений элементов расчетной и измеренной S-матриц;
  • 2) применением физикотехнологических моделей (ФТМ) GaAs ПТШ, которые из параметров материала и геометрии транзистора позволяют рассчитать элементы ЭС ПТШ;
Эквивалентная схема соединения кристалла ПТШ в корпусе

Рис. 4.8. Эквивалентная схема соединения кристалла ПТШ в корпусе

  • 3) использованием аппроксимационной формулы для токов затвора и стока и емкостей обедненной области канала под затвором (программы «SPICE», «SUPERCOMPACT», «Microwave Office», «Agilent Design System», «MIC Optimizer»);
  • 4) комбинированием способов 1 и 2 или 1 иЗ.

Рассмотрим существующие ЭС ПТШ и выберем схему, позволяющую адекватно отобразить СВЧ-характеристики ПТШ, используя ФТМ ПТШ.

На рис. 4.8 представлена эквивалентная

схема (ЭС) соединения кристалла ПТШ в корпусе, где Ьзм, Ьим, LCM - индуктивности проволочек, соединяющих с корпусом (или кристаллодержателем) контактные площадки затвора, истока и стока; Сзик, Сзск и Ссик - межвыводные емкости корпуса; Ьж, LCK, Ьик - индуктивности выводов корпуса. Величины этих емкостей и индуктивностей можно определить экспериментально в нужном диапазоне частот. На рис. 4.9 показана обобщенная ЭС кристалла, а на рис. 4.10 - часть элементов ЭС ПТШ показаны на фоне структуры планарного ПТШ. В кристалле прибора можно выделить активную часть - область канала под затвором («идеальный» ПТШ) и пассивную часть, включающую паразитные межэлектродные емкости (Сзим1, Сзим2,

Обобщенная эквивалентная схема кристалла ПТШ (ИПТШ - «идеальный» ПТШ)

Рис. 4.9. Обобщенная эквивалентная схема кристалла ПТШ (ИПТШ - «идеальный» ПТШ)

Сзсм и Ссим), сопротивления утечки то-

ков через подложку (Л,им, Rclm и Лподл), сопротивление и емкость утечки тока через обратно смещенный затвор (R^ и

Сур), распределенное сопротивление металлизации затвора R3 и сопротивления пассивной части структуры между «идеальным» ПТШ и электродами истока и стока и Rc). В зависимости от

качества ПТШ, режима его работы и диапазона частот некоторыми элементами ЭС можно пренебречь.

Изображение эквивалентной схемы ПТШ на фоне его структуры

Рис. 4.10. Изображение эквивалентной схемы ПТШ на фоне его структуры

Рассмотрим разновидности эквивалентных схем ИПТШ в линейном (малосигнальном) режиме по отношению к уровню входного сигнала. На рис. 4.11

изображена наиболее часто применяемая ЭС ИПТШ, где Сзи - емкость обедненной области под затвором со стороны истока; Сзс - емкость обедненной области под затвором со стороны стока; Rm - сопротивление неперекрытой части канала со стороны истока; i^c - сопротивление неперекрытой части канала со стороны стока; /с - генератор тока стока, управляемый напряжением U3 на емкости Сзи :

Схема «идеального» ПТШ с симметричным представлением истоковой и стоковой частей области обеднения канала

Рис. 4.11. Схема «идеального» ПТШ с симметричным представлением истоковой и стоковой частей области обеднения канала

где St - динамическая (СВЧ) крутизна ИПТШ; U3 - входное напряжение сигнала на емкости Сзи.

В работе [4.6] была предложена ЭС ПТШ (рис. 4.12, а), учитывающая реактивную составляющую накопления заряда под стоковым краем затвора, так называемого стабильного ганновского домена, характеризуемого Cdom и

Rfom<0, причем в [4.6] ^dom=0- В работе [4.16] предложена несколько иная (рис. 4.12, б) ЭСПТШ, учитывающая домен.

Схемы «идеального» ПТШ с различным представлением стокового домена

Рис. 4.12. Схемы «идеального» ПТШ с различным представлением стокового домена

На рис. 4.13 изображена обобщенная ЭС ПТШ в корпусе (или кристалло- держателе). Эту ЭС ПТШ используем в дальнейшем как базовую при анализе ФТМ ПТШ. Схема описывается следующей системой линейных алгебраических уравнений с комплексными коэффициентами:

где

Stо - статическая крутизна идеального ПТШ; со - круговая частота; т - время пролета электронами области под затвором; .

Обобщенная эквивалентная схема ПТШ в корпусе

Рис. 4.13. Обобщенная эквивалентная схема ПТШ в корпусе

Система уравнений (4.38) в программе «POLEVM» [4.17] решалась методом Гаусса, в результате находились токи 7) и /4 при Ег= 1 В, ?н=0 В и ?Г=0В, ?Н=1В соответственно. Затем при /?гН =50 Ом определялись S-параметры ПТШ по следующим формулам:

Эта программа предназначена для расчета СВЧ-характеристик ПТШ, т. е. его ^-параметров и оптимальных нагрузок по входу и выходу (ZronT и ZHonT), а также однокаскадного усилителя с согласующими цепями без потерь.

На частотах свыше 15 ГГц начинают оказывать влияние распределенные свойства структуры ПТШ. В работе [4.4] ПТШ рассматривают как распределенную 7?-С-структуру с конечным числом секций. В работе [4.19] ПТШ рассматривается как связанная 3-проводная линия передачи, при этом были обнаружены резонансы на СВЧ и наличие отрицательного входного сопротивления, приводящего к генерации (или неустойчивости). Однако практика показала, что ЭС на сосредоточенных элементах можно пользоваться до 100 ГГц, выполнив определенные коррекции значений ряда их элементов.

Самым распространенным методом экспериментального определения элементов ЭС ПТШ при проектировании в режиме малого сигнала готового

ПТШ и устройств на его основе является метод параметрической оптимизации значений элементов ЭС ПТШ с целью получения в диапазоне частот совпадения расчетных и измеренных 5-параметров [4.20]. В оптимизации используются как классические методы, так и методы статистических испытаний (метод Монте-Карло) и модифицированный метод Пауэлла - Бройдена, а также метод декомпозиции. Разновидностью этого подхода являются методы определения значений ЭС ПТШ на основе их связи с 7-параметрами «идеального» ПТШ, которые извлекаются из измеренных 5-параметров, как показано в работе

[4.20] для различных ЭС «идеального» ПТШ. Такие процедуры определения параметров реализованы в автоматизированных комплексах с непосредственным измерением 5-параметров кристалла ПТШ на пластине и выполнением автоматической обработки калибровочных измерений тестовых мер с последующим выделением 5-параметров кристалла ПТШ.

При оптимизации с числом оптимизируемых параметров свыше 10 имеет место неоднозначность выбора совокупности значений элементов ЭС ПТШ

[4.21] , т. е. одним и тем же 5-параметрам ПТШ может соответствовать несколько ЭС. Для устранения этого недостатка применяются дополнительные измерения элементов ЭС ПТШ, например, определение Яи, Rc и R3 из статических измерений ВАХ. При этом измеряются ВАХ ПТШ при разомкнутом стоке (истоке), который используется как пробник напряжения, наведенного током канала на стоке (истоке) при прямовключенном затворе. Другой способ предусматривает измерения 5-параметров ПТШ в диапазоне частот в режиме прямого включения затвора при разомкнутых попеременно истоке и стоке и/или измерение 5-параметров «холодного» (без подачи смещения) и «горячего» (с подачей смещения) ПТШ [4.22].

Применение экспериментальных методов определения элементов ЭС ПТШ дает возможность выяснить зависимости ЭС ПТШ от режимов смещения и позволяет проверить физико-топологические модели ПТШ.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы