В настоящее время ведутся интенсивные исследования HEMT-структур на основе GaAs и GaN, направленные на совершенствование микроволновых монолитных интегральных схем. В работе представлены HEMT-транзисторы, изготовленные на основе GaAs и GaN с длиной затвора 0,2-0,25 мкм, шириной затвора 200-300 мкм и проведено сравнение их характеристик. Измерены вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики, а также зависимости от частоты малосигнальных S -параметров. Проведено компьютерное моделирование с использованием моделей MATERKA для GaAs-транзистора и EEHEMT для GaN-транзистора. Адекватность разработанных моделей подтверждена совпадением измеренных частотных зависимостей параметра | S 21| и рассчитанного малосигнального коэффициента усиления мощности. Изучены частотные свойства изготовленных транзисторов. В схемах линейных усилителей рассчитаны предельные частоты колебаний, на которых пропадает усиление мощности. Моделирование показало возможность линейного усиления на частотах до 64 ГГц для GaAs-транзистора и 73 ГГц для GaN-транзистора при одинаковых напряжениях питания. С целью определения максимально возможных усиливаемых частот колебаний спроектированы схемы усилителей с оптимизированной нагрузкой транзисторов. Максимальные частоты колебаний изготовленных транзисторов близки и составили ~82 ГГц. Проведено сравнение энергетических возможностей транзисторов. Малосигнальные коэффициенты усиления мощности транзисторов одинаковы и составляют ~15 дБ на частотах L - и S -диапазонов. Наибольшие токи стока для обоих транзисторов в щадящем режиме работы составили 0,34 А/мм при напряжении на стоке 3 В. Для определения максимальных КПД добавленной мощности разработаны схемы нелинейных усилителей, рассчитанные на частоту усиливаемых колебаний 3 ГГц. Наибольший КПД добавленной мощности составил 57 % для GaAs-транзистора и 65% для GaN-транзистора. С учетом того, что напряженность электрического поля пробоя в GaN-транзисторе в несколько раз выше, чем в GaAs-транзисторе, показана возможность достижения КПД GaN-транзистора, превышающего 80 %. Полученные результаты полезны для разработки микроволновых монолитных интегральных схем усилителей мощности до частот, включая V -диапазон.
Мин Тхант Мьо
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
1. Мощные AlGaN/GaN HEMT X- и Ku-диапазонов / Н.А. Торхов, В.Г. Божков, И.М. Добуш и др. // Доклады ТУСУР. – 2015. – № 1 (35). – С. 52–55.
2. Усилитель мощности X-диапазона с высоким КПД на основе технологии AlGaN/GaN / П.А. Туральчук, В.В. Кириллов, П.Э. Осипов и др. // Письма в ЖТФ. – 2017. – Т. 43. – Вып. 17. – С. 20–26.
3. Сечи Ф., Буджатти М. Мощные твердотельные СВЧ-усилители. – М.: Тех-носфера, 2016. – 404 с.
4. MWO/AO Element Cаtаlog > Nonlinear > FET. – 2010.
5. Pavlidis D., Valizadeh P., Hsu S.H. AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) reliability // 13th GaAs Sympjsium. – Paris, 2005. – P. 265–268.
6. Innovative solid state amplifier technology in the 21st century. By CPI SMP Satcom Products Group. – URL: www.cpii.com/satcom/ (дата обращения: 10.06.2018).
7. Browne J. What’s the difference between GaN and GaAs? // Microwaves & RF. – 2016. – No. 7. – P. 54–56.
8. Колотун О. Усилители СВЧ на основе технологий GaN и GaAs, эволюция технологии Diamond FETs // Chip News. – 2013. – No. 2 (122). – URL: www.chipnews.com.ua (дата обращения: 10.06.2018).