Сравнение характеристик GaAs и GaN HEMT-транзисторов

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.
Николай Владимирович Гуминов
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Мин Тхант Мьо
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Виталий Александрович Романюк
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Далер Парвизович Шомахмадов
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Поделиться