Защита состоится 16 февраля г. Москва, Каширское шоссе, д. Автореферат разослан «16» января г. Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью организации. До недавнего времени мощные СВЧ транзисторы относили к принципиально узкополосным усилительным приборам. Это явилось фактором, ограничивающим системные задачи для различных устройств, включающих мощные передающие тракты. Расчетным путем, а затем экспериментально был реализован мощный транзисторный усилитель в полосе частот, достигающей половины октавы 1. В настоящей работе представлено исследование предельных широкополосных возможностей приборов этого класса и показана возможность расширения полосы рабочих частот до октавы без существенного проигрыша по достигнутому уровню мощности. Поставленная задача представляется актуальной, поскольку широкополосный тракт в современных системах связи и радиолокации может обслуживать несколько функционально отличных подсистем, что существенно улучшает массогабаритные характеристики системы в целом. Разработка нового семейства широкополосных транзисторов ляжет в основу для создания многофункциональных РЛС с высоким потенциалом, повышенной эффективностью и с большой помехозащищенностью. Однако создание таких систем помимо транзисторов потребует разработки ряда сопутствующих широкополосных устройств антенн, ферритовых устройств, мостов для сложения мощности и др. Полученные практические результаты, а также теоретически предсказанные широкополосные характеристики мощных СВЧ биполярных транзисторов позволяют сделать вывод о том, что кремниевые приборы этого класса сохранят свою эксплуатационную нишу на фоне бурного развития мощных СВЧ приборов на основе СаЫ. Целью работы является исследование возможностей реализации предельных широкополосных характеристик мощных биполярных СВЧ транзисторов. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:. Разработан транзисторный кристалл с двумерной равномерной структурой, обладающей повышенным отношением периметра эмиттера к площади коллектора, создана модель для описания работы такой структуры и соответствующая программа анализа. Реализована принципиально новая конструкция широкополосного транзистора с индуктивной компенсацией емкости коллектор-эмиттер. Расчетным путем синтезированы широкополосные цепи согласования транзистора с использованием оригинальной программы анализа эксплуатационных параметров. Разработана конструкция мощного широкополосного транзистора с цепями подавления поперечной неустойчивости и с повышенной плотностью компоновки согласующих элементов. Разработан транзисторный кристалл с двумерной равномерной структурой, обладающей повышенным отношением выходной мощности к емкости коллектора ценой возможной неравномерности распределения тока по периметру активной структуры. Создана модель, описывающая работу предложенной структуры с учетом ее специфических особенностей. Проведена количественная оценка эффективности работы такой структуры с использованием специально разработанной оригинальной программы анализа эксплуатационных параметров усилительного каскада. С помощью модельного анализа и полномасштабного эксперимента показана возможность выравнивания АЧХ транзистора в широкой полосе частот путем введения цепи индуктивной компенсации емкости коллектор-эмиттер транзисторного кристалла, реализуемой внутри корпуса транзистора. Предложена структура транзисторного кристалла с резистивными элементами для подавления поперечной неустойчивости. Разработана оригинальная конструкция транзисторного кристалла такого типа. Разработана конструкция мощного широкополосного транзистора, реализующая совокупность перечисленных новаций в полном объеме. На экспериментально изготовленных транзисторах, частично реализующих конструктивные предложения автора, экспериментально подтверждена возможность получения выходной импульсной мощности Вт в полосе рабочих частот 1,0 — 2,0 ГГц, что не имеет аналогов в отечественной и зарубежной технике. Впервые показана возможность получения высокой выходной импульсной мощности до Вт в полосе частот, превышающей октаву, для транзисторного СВЧ усилительного каскада. Под руководством автора разработан ряд транзисторов, работающих в L-и S-диапазонах частот, с выходной импульсной мощностью от 30 до Вт. Под руководством автора разработан и реализован на практике мощный СВЧ транзистор с выходной импульсной мощностью Вт, работающий в полосе частот 1,0 - 2,0 ГГц. Мощный биполярный СВЧ транзистор при оптимальном проектировании транзисторного кристалла и согласующих цепей может обеспечивать полосу рабочих частот, превышающую октаву. Индуктивная компенсация положительной обратной связи, обусловленной емкостью коллектор-эмиттер, приводит к расширению полосы. Применение специализированных многозвенных внутренних цепей согласования транзистора позволяет уменьшить потери и повысить воспроизводимость энергетических параметров в полосе частот. В мощном биполярном СВЧ транзисторе подавление поперечной неустойчивости возможно без ухудшения широкополосных свойств. По результатам работы получено 3 патента на изобретение и опубликовано 9 печатных работ, из них 3 в рецензируемых изданиях. Диссертация состоит из введения, шести основных глав с выводами, заключения и списка литературы из 68 наименований. Во введении сформулированы цели диссертационной работы, определены положения, выносимые на защиту и научная новизна результатов работы. В первой главе оценены перспективы применения мощных биполярных СВЧ транзисторов в современных радиолокационных системах в свете активно развивающегося в последнее время класса НЕМТ-транзисторов на нитриде галлия. По оценке автора биполярные транзисторы будут и дальше активно применяться при разработке новых изделий для систем опознавания, а также для создания новых АФАР радиолокационных систем Ь-диапазона. Описаны конструктивно-технологические особенности современных мощных биполярных СВЧ транзисторных кристаллов, касающихся выбора типа транзисторной структуры, геометрии расположения структур на кристалле, а также основных технологических направлений при создании кремниевых биполярных СВЧ транзисторных кристаллов. Изложены основные проблемы при проектировании биполярных СВЧ транзисторов, касающиеся современных способов уменьшения положительной обратной связи, уменьшения потерь в согласующих цепях и подавления поперечной неустойчивости. Проведен обзор современных методов моделирования применительно к мощным широкополосным биполярным СВЧ транзисторам, работающим в нелинейном режиме. Во второй главе описана топология разработанной двумерной элементарной транзисторной ячейки, показанной на рисунке 1. Рисунок 1 — новая двумерная структура транзисторной ячейки Эмиттер такой структуры представляет собой равномерную сетку с шагом от 5. Контакт металлизации к эмиттеру осуществляется по всей длине одной из сторон эмиттерной сетки. При этом отношение периметра эмиттера к площади коллектора составляет 0. Проведена оценка влияния отрицательных моментов предложенной топологии структуры, связанных с неравномерным распределением эмиттерного сопротивления в одной части структуры и пассивного базового сопротивления в угловых участках структуры. На рисунке 2 показана одна элементарная ячейка и указаны топологические параметры, необходимые для расчета неравномерности работы предложенной структуры. Этот участок характеризуется отсутствием дополнительного сопротивления в эмиттере и минимальным значением пассивного базового сопротивления. Протяженность эмиттерного перехода 2»1е1 первого участка составляет 4 мкм. Значение пассивного базового сопротивления гьР1 составляет:. Второй участок - четыре области эмиттера, практически полностью покрытые металлизацией, расположенные в углах сетки. Данный участок характеризуется отсутствием сопротивления в эмиттере и повышенным значением пассивного базового сопротивления. Таким образом, значение пассивного базового сопротивления выросло с Ом на 1 мкм периметра эмиттера до Ом для данного участка. Этот участок характеризуется наличием дополнительного сопротивления в эмиттере и минимальным значением пассивного базового сопротивления. Протяженность эмиттерного перехода с3 третьего участка составляет 4 мкм. Для корректного описания работы транзистора с такой структурой создана специальная модель транзистора, учитывающая неравномерность сопротивлений эмиттера и пассивной базы, показанная на рисунке 4. Для анализа трехзвенной модели написана специальная программа с использованием традиционного подхода анализ во временной области. Заметное отличие состоит в том, что система дифференциальных уравнений стала гораздо объемней 16 независимых переменных вместо 6 Чтобы обработать такое количество уравнений, они представлены в матричной форме. Оценка финишного эффекта неравномерности проведена многократно для разных частот в рабочем диапазоне и для разных уровней возбуждения транзистора. Тем не менее наибольший эффект наблюдается на верхней рабочей частоте и при пониженном уровне мощности возбуждения. Именно в этих условиях была сделана попытка выявить наиболее значимые параметры неравномерности. Таким образом, полученные данные с определенным запасом могут служить обоснованием эффективности использования предложенной двумерной топологии транзисторной структуры. Описана технология изготовления транзисторного кристалла с такой структурой. Цикл изготовления транзисторного кристалла состоит из 11 фотолитографий. Описана топология транзисторного кристалла, приведены его основные статические и динамические параметры. Для оценки энергетических параметров кристалла были изготовлены транзисторы с использованием одного кристалла с такой структурой, оптимизированные для работы вЬ-и 8-диапазонах. Проведены экспериментальные измерения энергетических параметров разработанного кристалла, подтвердившие целесообразность его применения. Проведено сравнение экспериментальных и расчетных для созданной модели данных. В третьей главе описана принципиально новая конструкция транзистора, включающая индуктивную компенсацию емкости коллектор-эмиттер транзисторных кристаллов, которая является источником положительной обратной связи. Поскольку компенсация индуктивная, то ее степень зависит от частоты. На нижней частоте компенсация максимальна, а по мере увеличения частоты и соответственно увеличения индуктивного сопротивления, компенсация уменьшается. При этом становится возможным полностью исключить положительную обратную связь, обусловленную емкостью коллектор-эмиттер, на нижней рабочей частоте, а на верхней частоте лишь немного ее уменьшить. Стоит отметить, что чем шире рабочая полоса, тем больше разница в степени компенсации обратной связи на крайних частотах. Рассмотрено влияние индуктивности коллектор-эмиттер на энергетические параметры транзистора в диапазоне частот 1. Для этого была создана модель транзистора с дополнительной индуктивностью в цепи коллектор-эмиттер, показанная на рисунке 7, и были проведены расчеты параметров транзистора при значениях индуктивности варьируемых от 1 до 2 нГн. Результаты моделирования представлены на графиках График 1 — зависимость выходной мощности от частоты при различных значениях индуктивности коллектор-эмиттер. График 3 - зависимость рассеиваемой мощности от частоты при различных значениях индуктивности коллектор-эмиттер. Как видно из представленных графиков, введение индуктивности коллектор-эмиттер существенно выравнивает уровень выходной мощности в диапазоне частот, а так же заметно увеличивает КПД транзистора и снижает уровень рассеиваемой мощности при незначительном проигрыше по уровню выходной мощности на верхней рабочей частоте. Были изготовлены экспериментальные образцы транзисторов со схемой сборки, соответствующей рисунку 4 с индуктивностью коллектор-эмиттер 2,0 нГн. Проведено сравнение параметров транзисторов с индуктивностью коллектор-эмиттер и транзисторов без индуктивности. Для более объективной оценки влияния введения индуктивности коллектор-эмиттер в конструкцию транзистора были проведены измерения энергетических параметров при оптимальном согласовании транзистора на каждой частоте. Сравнение параметров в полосе частот менее объективно, поскольку отсутствуют критерии оптимальности настройки транзистора в широкой полосе частот. В таблице 1 представлено сравнение энергетических параметров транзисторов при напряжении питания 38 В и входной мощности 30 Вт. Таблица 1 — сравнение энергетических параметров транзисторов с индуктивностью коллектор-эмиттер и без нее. Экспериментальные данные подтверждают эффект выравнивания выходной мощности в диапазоне частот и роста КПД от введения в конструкцию транзистора индуктивности коллектор-эмиттер. В четвертой главе рассмотрено проектирование цепей согласования транзистора с выходной мощностью Вт с использованием трех описанных выше транзисторных кристаллов в полосе частот 1,0 — 2,0 ГГц в типовом транзисторном корпусе шириной 6. В выходной цепи для достижения заданной полосы необходимо использование четырех звеньев согласования. Внутри корпуса необходимо использование лишь одного звена, представляющего собой параллельную индуктивность, отстраивающую емкость коллектора, соединяющую коллекторную площадку с землей через блокировочный конденсатор, а три звена типа фильтра нижних частот можно расположить на внешней согласующей плате, поскольку индуктивность требуемого первого звена не превышает индуктивность вывода корпуса транзистора. Для достижения полосы частот 1,,0 ГГц во входной цепи необходимо применение пяти звеньев согласования. При этом два первых звена должны быть расположены внутри корпуса транзистора, поскольку требуемые индуктивности этих звеньев существенно меньше индуктивности вывода транзистора. Для согласования входной цепи транзистора с выходной мощностью Вт значение входного сопротивления транзисторных кристаллов составляет при этом 0,13 — 0,15 Ом были выбраны следующие номиналы согласующих конденсаторов: емкость конденсатора первого звена согласования — пФ, емкость конденсатора второго звена согласования - 55 пФ. Предложен способ исключения потерь во входной цепи согласования. Для этого разработан кристалл, на котором расположены оба согласующих МДМ-конденсатора, показанный на рисунке 8. Рисунок 8 - конструкция входных конденсаторов, исключающая возникновение потерь во входной цепи транзистора. Помимо исключения протекания ответного тока по кремнию, такая конструкция имеет дополнительные преимущества по сравнению с традиционно используемыми дискретными конденсаторами. Во-первых, при расположении обоих конденсаторов на едином кристалле экономится до 0,5 мм пространства на площадке корпуса, поскольку при пайке отдельных кристаллов невозможно припаять их вплотную друг к другу из-за существующей конструкции посадочных инструментов. Этот фактор становится особенно важным при попытках дальнейшего расширения рабочей полосы частот. Во-вторых, поскольку в данном случае геометрическое положение конденсаторов друг относительно друга задается фотолитографией при изготовлении такого двойного конденсатора, то воспроизводимость сборки второго согласующего звена существенно повышается по сравнению с традиционным вариантом, где их взаимное положение определяется точностью при напайке кристаллов. Схема сборки транзистора с выходной мощностью Вт в полосе частот 1,0 — 2,0 ГГц представлена на рисунке 9. Результаты измерения параметров экспериментальных транзисторов в полосе частот при напряжении питания 40 В и входной мощности 30 Вт представлены в таблице 2. Рассмотрены проблемы при проектировании транзистора с удвоенным до шести количеством транзисторных кристаллов в той же полосе частот. Основная проблема, которую необходимо устранить, связана с поперечной неустойчивостью работы такого транзистора, в то время как транзистор, включающий три кристалла, работает устойчиво во всей полосе частот. Была выбрана методика подавления поперечной неустойчивости с использованием корпуса с коллекторной площадкой, разделенной на изолированные секции, соединенные друг с другом через резисторы. Поскольку транзистор с тремя кристаллами работает устойчиво во всей полосе частот, то для устойчивой работы транзистора с шестью кристаллами, коллекторную площадку достаточно разделить на две секции. Был предложен вариант создания подавляющих резисторов непосредственно на транзисторных кристаллах. В качестве резистивной области используется высокоомная эпитаксиальная область коллектора, удельное сопротивление которой составляет 1,0 - 2,0 Ом»см. Для реализации индуктивной обратной связи коллектор-эмиттер была предложена конструкция с расположением блокировочного конденсатора на кристалле со входными МДМ-конденсаторами, представленная на рисунке В пятой главе проведен синтез широкополосных цепей транзисторов. Для транзистора, включающего в себя три описанных выше кристалла, без индуктивности коллектор-эмиттер в полосе частот 1,0 — 2,0 ГГц получены следующие результаты при использовании пяти звеньев во входной цепи и четырех в выходной. Пунктиром показана АЧХ, полученная путем искусственной оптимизации нагрузки и сопротивления генератора в каждой частотной точке. Вне зависимости от экспериментальной реализации эти расчетные результаты показывают перспективу радикального расширения полосы пропускания мощного СВЧ транзисторного усилителя до октавы или даже более. Другой важный вывод из полученных широкополосных АЧХ состоит в том, что в пределах достигнутой полосы коэффициент усиления каскада существенно снижается от нижней рабочей частоты к верхней. Именно это обстоятельство послужило основанием для исследования варианта с использованием транзистора того же типа, но с добавлением встроенной цепи индуктивной обратной связи коллектор-эмиттер. Результирующая АЧХ каскада с индуктивностью коллектор-эмиттер после завершения синтеза цепей согласования представлена на графике 5. Пунктиром показана АЧХ для транзистора без индуктивности коллектор-эмиттер. На графике 6 приведены частотные зависимости рассеиваемой мощности транзисторов с индуктивностью коллектор-эмиттер 1 нГн и без нее. Как видно из представленных зависимостей, минимальная выходная мощность в полосе частот 1,0 — 2,0 ГГц снижается при введении индуктивности коллектор-эмиттер 1 нГн с до Вт. То есть, моделирование подтверждает выравнивание АЧХ транзистора и существенное снижение уровня рассеиваемой мощности при небольшом проигрыше по уровню выходной мощности в полосе частот 1,,0 ГГц. Был проведен синтез цепей согласования транзисторов в полосе частот 1,0 - 2,9 ГГц с применением шести звеньев согласования во входной цепи и пяти звеньев в выходной. Результирующие АЧХ каскада после завершения синтеза цепей согласования представлены на графике 7. Там же пунктиром показана АЧХ, полученная путем искусственной оптимизации нагрузки и сопротивления генератора в каждой частотной точке. Модельные исследования предельной полосы пропускания транзисторного каскада могут быть продолжены в направлении коррекции параметров транзистора и в направлении поиска более удачной конфигурации согласующих цепей. Однако более правильно сначала оценить с экспериментальной и практической точек зрения уже полученные результаты. Исключительно важно оценить востребованность полученных результатов для современного радиоприборостроения, а также конкретные аспекты пусть еще не оформленной, но ожидаемой востребованности. В шестой главе представлен ряд мощных СВЧ транзисторов, разработанных под руководством автора с использованием кристалла, описанного во второй главе. Основные параметры разработанных транзисторов представлены в таблице 2. Все представленные транзисторы выпускаются в едином корпусе, количество складываемых кристаллов составляет от одного до трех. В данном модуле заложен в конструкцию транзистор с индуктивной компенсацией емкости коллектор-эмиттер. Внедрение в производство новой мощной транзисторной двумерной структуры. Транзисторы с такой структурой прошли необходимые испытания и в настоящее время используются при изготовлении серийных и разработке новых передающих блоков вЬ-ив 8- частотных диапазонах. Применение данных транзисторов позволяет достигать высокой импульсной мощности при использовании малых по габаритам корпусов, что исключительно важно в бортовой аппаратуре с рекордными массогабаритными характеристиками;. Внедрение принципиально новой конструкции мощного транзистора с интегрированной индуктивной компенсацией емкости коллектор-эмиттер, позволяющей реализовать полосу рабочих частот 1,0 — 2,0 ГГц с выходной импульсной мощностью Вт, что не имеет аналогов в отечественной и зарубежной технике. В ближайшее время состоится внедрение транзисторов, использующих сложение шести кристаллов в одном корпусе с применением новой интегральной конструкции элементов подавления поперечной неустойчивости, что позволит сделать значительный шаг по увеличению выходной мощности транзистора. Мощный биполярный СВЧ-транзистор варианты. Мощный биполярный СВЧ-транзистор. Моделирование тепловой режимной неустойчивости в структуре мощного СВЧ биполярного транзистора в существенно нелинейном режиме. Полупроводниковые приборы, Мощный СВЧ транзистор: три схемы включения. Восьмиканальный мощный передающий модуль S-диапазона. JL, Евстигнеев Д. Перспективы создания широкополосных мощных усилительных трактов L-диапазона на кремниевых транзисторах. Сложные функциональные блоки РЭА», Москва. Сложные функциональные блоки РЭА», Владимир. Сложные функциональные блоки РЭА», Звенигород. Г, Евстигнеев Д. JL, Синкевич В. Обратимая деградация мощных СВЧ транзисторов. Сложные функциональные блоки РЭА», Дубна. Печать трафаретная. Техносфера - библиотека технических наук, авторефераты и диссертации. Доставка диссертаций. Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника на квантовых эффектах автореферат диссертации по электронике, Читать автореферат. Автореферат диссертации по теме 'Мощные биполярные СВЧ транзисторы с полосой рабочих частот, достигающей октавы'. Нижний Новгород Защита состоится 16 февраля г. Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью организации Ученый секретарь диссертационного совета Д Цель работы Целью работы является исследование возможностей реализации предельных широкополосных характеристик мощных биполярных СВЧ транзисторов. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. Научная новизна 1. Практическая ценность Под руководством автора разработан ряд транзисторов, работающих в L-и S-диапазонах частот, с выходной импульсной мощностью от 30 до Вт. Положения, выносимые на защиту 1. Индуктивная компенсация положительной обратной связи, обусловленной емкостью коллектор-эмиттер, приводит к расширению полосы рабочих частот и существенно улучшает равномерность работы транзистора в полосе частот. Апробация и публикации По результатам работы получено 3 патента на изобретение и опубликовано 9 печатных работ, из них 3 в рецензируемых изданиях. Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, шести основных глав с выводами, заключения и списка литературы из 68 наименований. Основное содержание работы изложено на страницах, включает 56 рисунков и 13 графиков. Эмиттерные области предложенной структуры можно разбить на три участка, показанных на рисунке 3. Проведены экспериментальные измерения энергетических параметров разработанного кристалла, подтвердившие целесообразность его применения 12 для работы как в Ь-, так и в Б-диапазонах частот. ГГа График 4 - расчетная АЧХ транзистора без индуктивности коллектор-эмиттер Пунктиром показана АЧХ, полученная путем искусственной оптимизации нагрузки и сопротивления генератора в каждой частотной точке. ГГц График 6 — частотные зависимости рассеиваемой мощности транзисторов Как видно из представленных зависимостей, минимальная выходная мощность в полосе частот 1,0 — 2,0 ГГц снижается при введении индуктивности коллектор-эмиттер 1 нГн с до Вт. Рвых, и, Вт 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 f. ITu График 7 — АЧХ транзисторов в полосе частот 1,0 — 2,9 ГГц Модельные исследования предельной полосы пропускания транзисторного каскада могут быть продолжены в направлении коррекции параметров транзистора и в направлении поиска более удачной конфигурации согласующих цепей. Таблица 2 — параметры разработанных транзисторов наименование М, ГГц Рвыхи? Основные публикации по теме диссертации 1 Аронов В Л. Подписано в печать: Похожие работы. Электроника

МДМА Кристаллы бесплатные пробы Ефремов

Закладки Марихуана Семей Казахстан

МДМА Кристаллы бесплатные пробы Ефремов

Наркотики бесплатные пробы НиНо

Сокращенный график приёма

МДМА Кристаллы бесплатные пробы Ефремов

Скорость ск Беларусь Новополоцк

МДМА Кристаллы бесплатные пробы Ефремов

Вы точно человек?

Сокращенный график приёма

Защита документов

Сокращенный график приёма

Защита документов

Report Page