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

Анотація – Представлені результати експериментального відновлення еквівалентних схем і шумових параметрів малошумящих транзисторів: двох типів звичайних FET (ЗПЕ74А-5 виробництва ВАТ «Планета-Аргалл», «Сузір’я-П» виробництва ФГУП НПП «Исток») і двох типів РНЕМТ транзисторів, виготовлених в ФГУП НПП «Исток» на структурах, отриманих методом молекулярнолучевой епітаксії і МОС-гідридної епітаксії.

0. Введення

При проектуванні малошумящих підсилювачів розробники використовують в якості вихідних даних або матрицю S-параметрів активного приладу, або еквівалентну схему. У більшості каталогів зарубіжних фірм наводяться, як правило, один з цих інформаційних джерел. Застосування матриці S-параметрів призводить до деяких незручностей при проектуванні; наприклад при оптимізації пристрою в частотних точках, не входить в діапазон довідкових даних, потрібно інтерполяція S-параметрів для забезпечення збіжності, або відновлення еквівалентної схеми транзистора.

Найчастіше довідкова інформація наведена в базах даних не оновлюється по кілька років, незважаючи на зміни відбуваються в технології і застосовуваних матеріалах.

Метою даної роботи є експериментальне відновлення еквівалентних схем і шумових параметрів ряду малошумящих транзисторів, вироблених в Росії.

1. Основна частина

Методика відновлення параметрів

Вимірювання S-параметрів в діапазоні частот 1-18 ГГц партії транзисторів.

• Статистична обробка результатів вимірювань.

Відновлення еквівалентної схеми з урахуванням конструктивних особливостей топології транзистора і технологічних прийомів його реалізації.

Вимірювання мінімально-можливого коефіцієнта шуму і супутнього йому коефіцієнта посилення в декількох частотних точках.

• Оптимізація параметрів шумовий моделі за усередненими параметрами еквівалентної схеми і виміряного мінімального коефіцієнта шуму з застосуванням кореляційного шумовий моделі польового транзистора [1, 2].

Вимірювання S-параметрів проводилося на вимірнику НР8510 в микрополосковой контактному пристрої, калібрування якого проводилася в площині вимірюваного транзистора. Всі досліджувані транзистори монтувалися в вимірювальну секцію Рис.1.

Рис. 1 Вимірювальна секція транзистора.

Fig. 1 Transistor’s fixture

Вимірювання мінімального коефіцієнта шуму проводилося на тих же транзисторах. Крім того, попередньо вимірювався повний набір статичних параметрів досліджуваних транзисторів, з метою виявлення випадкових помилок вимірювання S-параметрів за результатами відновлення еквівалентної схеми.

Параметри транзисторів вимірювалися в робочій точці, що відповідає мінімальному коефіцієнту шуму і були однаковими для всіх досліджуваних приладів: 11сі = 2,5 В; 1с = 10 мА.

1.2.                                     FET транзистори

Були досліджені кристали малошумящих транзисторів з довжиною затвора 0,25 мкм: ЗПЕ74А-5 виробництва ВАТ «Планета-Аргалл» м. Великий Новгород, «Сузір’я-П» виробництва ФГУП «НПП Исток» м. Фрязіно Московської обл., виготовлені на серійних FET структурах виробництва ЗАТ «Ел-ма-Малахіт» м. Зеленоград.

Ширина затвора транзистора ЗПЕ74А-5 складає 150мкм.

Ширина затвора транзистора «Сузір’я-П» становить 160мкм.

Застосовувані епітаксіальні структури мали наступні параметри:

Буферний шар-Г \ 1б <1014см ‘3 Д = 0,8 мкм.

Активний шар N = 4-5 * 1017 см ‘3 Д = 0,15 мкм.

Контактний шар N = 1-2 * 1018 см ‘3 Д = 0,15 мкм.

РНЕМТ транзистори

Були досліджені кристали малошумящих транзисторів з довжиною затвора 0,25 мкм виготовлені за топології транзистора «Сузір’я-П», на РНЕМТ структурах виробництва ЗАТ «Елма-Малахіт» м. Зеленоград і структурах, виготовлених в ЛФТИ р. С-Петербург. Поперечний розріз структур наведено 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

Підкладка GaAs

Елма-Малахіт

ЛФТИ

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

Транзистори виготовлені за єдиним топологічним нормам по одній топології з технологією Т-подібного затвора шириною 160 мкм.

Результати експерименту

За результатами вимірювань були відновлені еквівалентні схеми та шумові характеристики чотирьох типів транзисторів. Результати наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Пар-р

1

2

3

4

Па

оаметри еквівалентної схеми

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, нГн

0,05

0,056

0,037

0,042

Параметри кореляційної шумовий моделі

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 – Елма-Малахіт

2 – ЛФТИ

Результати роботи були апробовані при проектуванні гібридно-монолітних підсилювачів 3-х сантиметрового діапазону [3, 4] і показали хороший збіг розрахункових та експериментальних даних.

2. Висновок

Запропонований механізм відновлення еквівалентних схем і шумових параметрів транзисторів відрізняється невисокою трудомісткістю і має хороший збіг з експериментом. Отримані дані можуть знайти практичне застосування при розробці малошумящих підсилювачів.

3. Список літератури

[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. Мітлін, А. С. Ребров «Деякі схемотехнічні аспекти проектування малошумящих підсилювачів СВЧ». Матеріали конференції [Севастополь, 10-14сент. 2001р.]. Севастополь: Вебер, 2001, с. 123-125.

[4] А. В. Крутов, А. С. Ребров «Малошумящий гібрідномонолітний підсилювач на РНЕМТ транзисторах». Матеріали конференції [Севастополь, 13-17 сент. 2004р.]. 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»