ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ СХЕМ И ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ МАЛОШУМЯЩИХ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

April 10, 2012 by admin Комментировать »

Крутов А. В., Ребров А. С. ФГУП НПП “Исток” 141190, Россия, Фрязино, ул. Вокзальная, 2а Телефон: (095) 465-86-93, факс: (095) 465-86-86 E-mail: cdl255@elnet.msk.ru

Аннотация – Представлены результаты экспериментального восстановления эквивалентных схем и шумовых параметров малошумящих транзисторов: двух типов обычных FET (ЗПЭ74А-5 производства ОАО «Планета-Аргалл», «Созвездие-П» производства ФГУП НПП «Исток») и двух типов РНЕМТ транзисторов, изготовленных в ФГУП НПП «Исток» на структурах, полученных методом молекулярнолучевой эпитаксии и МОС-гидридной эпитаксии.

0.     Введение

При проектировании малошумящих усилителей разработчики используют в качестве исходных данных либо матрицу S-параметров активного прибора, либо эквивалентную схему. В большинстве каталогов зарубежных фирм приводятся, как правило, один из этих информационных источников. Применение матрицы S-параметров приводит к некоторым неудобствам при проектировании; например при оптимизации устройства в частотных точках, не входящий в диапазон справочных данных, требуется интерполяция S-параметров для обеспечения сходимости, либо восстановление эквивалентной схемы транзистора.

Зачастую справочная информация приведенная в базах данных не обновляется по нескольку лет, несмотря на изменения происходящие в технологии и применяемых материалах.

Целью данной работы является экспериментальное восстановление эквивалентных схем и шумовых параметров ряда малошумящих транзисторов, производимых в России.

1.     Основная часть

1.1.                 Методика восстановления параметров

Измерение S-параметров в диапазоне частот 1-18 ГГц партии транзисторов.

•       Статистическая обработка результатов измерений.

Восстановление эквивалентной схемы с учетом конструктивных особенностей топологии транзистора и технологических приемов его реализации.

Измерение минимально-возможного коэффициента шума и сопутствующего ему коэффициента усиления в нескольких частотных точках.

•       Оптимизация параметров шумовой модели по усредненным параметрам эквивалентной схемы и измеренного минимального коэффициента шума с применением корреляционной шумовой модели полевого транзистора [1, 2].

Измерение S-параметров проводилось на измерителе НР8510 в микрополосковом контактном устройстве, калибровка которого производилась в плоскости измеряемого транзистора. Все исследуемые транзисторы монтировались в измерительную секцию Рис.1.

Рис. 1 Измерительная секция транзистора.

Fig. 1 Transistor’s fixture

Измерение минимального коэффициента шума проводилось на тех же транзисторах. Кроме того, предварительно измерялся полный набор статических параметров исследуемых транзисторов, с целью выявления случайных ошибок измерения S- параметров по результатам восстановления эквивалентной схемы.

Параметры транзисторов измерялись в рабочей точке, соответствующей минимальному коэффициенту шума и были одинаковыми для всех исследуемых приборов: 11си=2,5 В; 1с=10 мА.

1.2.                                     FET транзисторы

Были исследованы кристаллы малошумящих транзисторов с длиной затвора 0,25 мкм: ЗПЭ74А-5 производства ОАО «Планета-Аргалл» г. Великий Новгород, «Созвездие-П» производства ФГУП «НПП Исток» г. Фрязино Московской обл., изготовленные на серийных FET структурах производства ЗАО «Эл- ма-Малахит» г. Зеленоград.

Ширина затвора транзистора ЗПЭ74А-5 составляет 150мкм.

Ширина затвора транзистора «Созвездие-П» составляет 160мкм.

Применяемые эпитаксиальные структуры имели следующие параметры:

Буферный слой-Г\1б<1014см’3 Д=0,8 мкм.

Активный слой N=4-5*1017 см’3 Д=0,15 мкм.

Контактный слой N=1-2*1018 см’3 Д=0,15 мкм.

1.3.                                 РНЕМТ транзисторы

Были исследованы кристаллы малошумящих транзисторов с длиной затвора 0,25 мкм изготовленные по топологии транзистора «Созвездие-П», на РНЕМТ структурах производства ЗАО «Элма- Малахит» г. Зеленоград и структурах, изготовленных в ЛФТИ г. С-Петербург. Поперечный разрез структур приведен на Рис.2.

N+

GaAs 1.4*1010 cm"3

GaAs 3*10IB cm"3

О.Обмкм

О.Обмкм

N

GaAs 2.5*10” cm"3

AIGaAs 5*10” cm"3

0.1mkm

0.075mkm

N-

30 A

30 A

InGaAs cm1

InGaAs 2*10I2cm’[1]

N6

GaAs 1*1014 cm"3

GaAs 1*1013 cm"3

0.8mkm

0.4mkm

AIGaAs О.Обмкм

Подложка GaAs

Элма-Малахит

ЛФТИ

Рис. 2. Слои РНЕМТ структур. Fig. 2. Layers of РНЕМТ structures

Транзисторы изготовлены по единым топологическим нормам по одной топологии с технологией Т- образного затвора шириной 160 мкм.

1.4.                          Результаты эксперимента

По результатам измерений были восстановлены эквивалентные схемы и шумовые характеристики четырех типов транзисторов. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Пар-р

1

2

3

4

Па

оаметры эквивалентной схемы

G, мС

25,5

29,5

45

64

Т, пс

1,86

1,1

2,01

2,16

Cgs, пФ

0,15

0,16

0,23

0,21

Cdg, пФ

0,018

0,024

0,024

0,052

Cds, пФ

0,044

0,058

0,07

0,067

Ri, Ом

4,9

4

5,22

3,87

Rds, Ом

382

317

289

205

Rg, Ом

2,2

1,5

1,5

1,5

Rd, Ом

5,1

5

5

5

Rs, Ом

3,7

3

3

3

Lfl, нГ

0,36

0,36

0,32

0,33

Ld, нГ

0,37

0,36

0,27

0,31

Ls, нГ

0,05

0,056

0,037

0,042

Параметры корреляционной шумовой модели

NRG

0,3

0,3

0,3

0,3

RNCG

0

0,3

0

0

INCG

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

NFAC

0,45

1,0

0,4

0,3

1      – Элма-Малахит

2      – ЛФТИ

Результаты работы были апробированы при проектировании гибридно-монолитных усилителей 3-х сантиметрового диапазона [3, 4] и показали хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных.

2.     Заключение

Предложенный механизм восстановления эквивалентных схем и шумовых параметров транзисторов отличается невысокой трудоемкостью и имеет хорошее совпадение с экспериментом. Полученные данные могут найти практическое применение при разработке малошумящих усилителей.

3.     Список литературы

[1] R. A. PuceL “A FET Noise Model for all frequencies,” Technical memorandum, MIM 10-22-90, Oct. 27, 1990.

[2] Super-Compact, Microwave Harmonica Elements library., Compact Software, 1997

[3] А. В. Крутов, В. А. Митлин, А. С. Ребров «Некоторые схемотехнические аспекты проектирования малошумящих усилителей СВЧ». Материалы конференции [Севастополь, 10-14сент. 2001г.]. Севастополь: Вебер, 2001, с. 123-125.

[4] А. В. Крутов, А. С. Ребров «Малошумящий гибридномонолитный усилитель на РНЕМТ транзисторах». Материалы конференции [Севастополь, 13-17 сент. 2004г.]. Севастополь: Вебер, 2004.

AN EXPERIMENTAL EXTRACTION OF LOW NOISE FIELD EFFECT TRANSISTOR’S LINEAR EQUIVALENT CIRCUIT AND NOISE MODEL

Krutov A. V., Rebrov A. S.

FSUC RPC “Istok"

141190 Russia, Fryazino, Vokzalnaya, 2a.

Phone: (095) 465-86-93, fax: (095) 465-86-86. E-mail: cdl255@elnet.msk.ru

In the present article an experimental extraction of low noise field effect transistor’s linear equivalent circuit and noise model are presented. Linear equivalent circuit and noise mode for two types FET (3P374A-5 manufactured by joint-stock company “Planet-GaAs”, “Sozvezdiye-P” manufactured by FSUC RPC “Istok”) and two types PHEMT manufactured by FSUC RPC “Istok” (molecular beam epitaxy structure and metal- organic vapor phase epitaxy structure) are extracted.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты