Мощные биполярные СВЧ транзисторы с полосой рабочих частот, достигающей октавы

• Автор: Евстигнеев, Дмитрий Андреевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Содержание
Введение
Научная новизна
Положения и выводы, выносимые на защиту
Глава 1. Обзор литературы и конструктивно-технологических особенностей проектирования современных мощных СВЧ транзисторов
1.1 Перспективы применения мощных биполярных СВЧ транзисторов в современных радиолокационных системах
1.2 Конструктивно-технологические особенности современных мощных биполярных СВЧ транзисторов
1.3 Источники положительной обратной связи в биполярных СВЧ транзисторах. Современные способы уменьшения обратной связи
1.4 Проблема поперечной неустойчивости мощных биполярных СВЧ транзисторов
1.5 Современные способы уменьшения потерь в согласующих цепях мощных СВЧ транзисторов
1.6 Обзор современных методов моделирования применительно к мощным широкополосным биполярным СВЧ транзисторам, работающим в нелинейном режиме. Проблема определения параметров модели мощных СВЧ транзисторов
Выводы
Глава 2. Двумерная транзисторная структура активной части мощного СВЧ транзистора как способ увеличения удельной выходной мощности
2.1 Топология двумерной элементарной транзисторной ячейки. Создание модели для описания работы данной структурой
2.2 Технология изготовления двумерной транзисторной структуры
2.3 Топология транзисторного кристалла. Статические и динамические параметры кристалла
Выводы

Глава 3. Внутренние цени для подавления обратной святи через емкость коллектор-эмиттер транзисторной структуры. Выравнивание АЧХ транзистора в широкой полосе частот
Выводы
Глава 4. Интеграция внутренних цепей согласования как способ расширения рабочей полосы и снижения потерь транзистора. Интеграция цепей подавления поперечной неустойчивости
Выводы
Глава 5. Поведенческое моделирование мощного СВЧ транзистора
5.1 Анализ предельных возможностей транзисторного СВЧ усилительного каскада в широкой полосе частот. Коррекция сверхширокополосной АЧХ
5.2 Анализ предельных возможностей транзисторного СВЧ усилительного каскада в полосе частот 1,0 - 2,9 ГГц
5.3 Оценка тепловой режимной устойчивости в нелинейном СВЧ режиме многоэмиттерного транзистора
5.4 Анализ эффекта динамического "пробоя" эмиттерного перехода в типовых режимах работы мощного усилительного каскада 94 Выводы
Глава 6. Практическая реализация мощных широкополосных усилителей в радиолокационной аппаратуре и опыт их эксплуатации
6.1 Приемо-передающий модуль ППМ-4-1300-100
6.2 Передающий модуль ПМ-8-2800-40
6.3 Приемо-передающий модуль МППУ
6.4 Передающие модули УМ2150-700 и УМ2450-700
6.5 Блок Д1ГГІ02 - ОКР «Протокол-Е»
6.6 Приемопередающий модуль ППМ-Ь - ОКР «Попутчик»
Выводы
Заключение
Литература

Введение
До недавнего времени мощные СВЧ транзисторы относили к принципиально узкополосным усилительным приборам. Такое положение было результатом накопленного эмпирического опыта, поскольку отсутствовала теоретическая основа для анализа работы транзисторного усилительного каскада в существенно нелинейном режиме, то есть при наличии отсечки коллекторного тока в одной части периода несущей частоты и при попадании рабочей точки в область квазииасыщения в другой части периода. Даже по прошествии нескольких десятков лет после появления мощных биполярных СВЧ транзисторов лучшие зарубежные разработчики и производители приборов такого класса выпускают транзисторы с полосой рабочих частот в лучшем случае порядка 20 % при уровнях выходной импульсной мощности в несколько сотен ватт [1-3]. Это явилось фактором, ограничивающим системные задачи для различных устройств, включающих мощные передающие тракты.
Определенный прорыв был осуществлен сотрудниками ОАО «НПГ1 «Пульсар» [4-7]. Расчетным путем, а затем экспериментально был реализован мощный транзисторный усилитель в полосе частот, достигающей половины октавы (1.0 - 1.5 ГГц), при выходной импульсной мощности транзисторного каскада более 300 Вт.
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. Совершенно очевидно, что решение поставленной задачи опирается на целый ряд сопутствующих факторов.
Первым из них является конструкторское и технологическое направление с целыо повышения граничной частоты и удельной выходной мощности, приходящейся на единицу выходной емкости транзистора.
Вторым фактором является оптимальный синтез элементов схемы усилительного каскада, реализующего возможности транзистора. Этот фактор многоплановый. Первая его часть предполагает введение специальной цепи для формирования отрицательной обратной связи в виде индуктивности, вводимой между коллектором и эмиттером. Это сулит выравнивание АЧХ каскада в широкой полосе частот. Вторая часть схемной
операция необходима для уменьшения коллекторной емкости и, следовательно, улучшения частотных сводств транзистора. Ыа пластину наносится слой диэлектрика толщиной 0,5 - 0,7 мкм и с помощью фотолитографии удаляется в областях, где в дальнейшем будет создана активная структура и стабилизирующие резисторы.
Вторая фотолитография: создание охранного кольца. Ыа пластину наносится слой диэлектрика толщиной 0,3 - 0,5 мкм, затем в нем с помощью фотолитографии вскрываются окна под создание охранного кольца. Охранное кольцо создается путем ионного легирования бором с последующим высокотемпературным отжигом в окислительной среде. Значение поверхностного сопротивления охранного кольца 1,5 - 2,0 кОм/П при глубине перехода 1,5 - 2,0 мкм, что позволяет получить значение пробивного напряжения коллектор-база не менее 80 В.
Третья фотолитография: создание подконтактных р+-областей
транзисторной структуры и стабилизирующих резисторов. Создается путем диффузии бора со значением поверхностного сопротивления 30 - 50 Ом/Ц глубиной 0,3 - 0,5 мкм, что обеспечивает в дальнейшем омический контакт металлизации к базе, а также требуемый номинал стабилизирующих резисторов в эмиттере.
Четвертая фотолитография: создание активной базовой области.
Граница области активной базы лежит внутри охранного кольца. Активная база создается путем ионного легирования бором с дозой 20 - 30 мкКл/см2 с последующим отжигом в нейтральной среде при температуре 900 - 950 °С. Значение поверхностного сопротивления активной базы составляет 0,8 - 1,0 кОм/П, глубина залегания коллекторного перехода 0,28 - 0,32 мкм.
Пятая фотолитография: создание эмиттерной области. Ыа пластину наносится слой БЮч толщиной 0,3 - 0,4 мкм, затем в нем с помощью фотолитографии вскрываются окна под создание эмиттера. Эмиттерная область создается путем ионного легирования Ая с дозой 600 - 800 мкКл/см2 с последующим отжигом в нейтральной среде при температуре 900 - 950 °С. Значение поверхностного сопротивления эмиттера составляет 40 - 60 Ом/П, глубина залегания эмиттерного перехода 0,14-0,16 мкм.
Шестая фотолитография: создание защитного диэлектрика над
областями эмиттера, лежащими под базовой металлизацией. На пластину