GaAs p-HEMT МИС МШУ X-ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ

Мокеров В.Г., Гюнтер В.Я., Аржанов С.Н., Федоров Ю.В., Щербакова М.Ю., Бабак Л.И., Баров А.А., Черкашин М.В., Шеерман Ф.И.

Институт СВЧ полупроводниковой электроники РАН, г.Москва, Россия, 2ООО НПФ «Микран», г.Томск, Россия

Источник: сборник материалов 6-ой научно-технической конференции «ПУЛЬСАР-2007 Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА», 21-23 марта 2007г., г. Владимир  http://www.micran.ru/UserFile/File/Publ/2007/GaAsX.pdf

Введение

В отечественной технической литературе практически отсутствуют публикации о разработке СВЧ монолитных интегральных схем (МИС) на основе гетероструктурных материалов. Актуальность и экономическая целесообразность разработки таких МИС определяется массовым применением при производстве однотипных изделий, к примеру, таких как приемопередающие модули системы АФАР. В предлагаемом докладе приводятся результаты разработки GaAs МИС малошумящего усилителя Х-диапазона на основе гетероэпитаксиального материала и технологического маршрута производства ИСВЧПЭ РАН.

Основная часть

Разработанный технологический маршрут предусматривает изготовление на гетероэпитаксиальной пластине малошумящих p-HEMT транзисторов, а также планарных конденсаторов, индуктивностей, объемных резисторов и сквозных металлизированных отверстий. Этот минимальный набор элементов является достаточным для проектирования и построения СВЧ МИС.

Исходными данными к разработке МИС послужили измерения параметров опытных образцов малошумящих p-HEMT транзисторов с длиной затвора 0.15мкм и общей шириной 150мкм. После уточнения модели транзистора с помощью программ линейного машинного анализа проводился синтез малошумящего усилителя.

Разработанная МИС представляет собой двухкаскадный малошумящий усилитель Х-диапазона частот. В первом каскаде применена последовательная обратная связь в цепи истока, во втором параллельная, резистивная. Такой выбор обусловлен в основном требованиями согласованности МИС с СВЧ трактом и устойчивостью. Питание усилителя осуществляется от однополярного источника напряжения +5В. Режим по постоянному току обеспечивают однотипные транзисторы с меньшей шириной затвора, которые включены по схеме генератора тока. Ток потребления МИС МШУ 22мА. Этап разработки МИС включал проектирование и изготовление комплекта фотошаблонов.

Изготовление МИС МШУ производилось на технологической линейке ИСВЧПЭ РАН. С целью определения параметров технологичности изготовленная пластина до разделения на кристаллы тестировалась на СВЧ зондовой установке. Типовая АЧХ зондовых измерений МИС МШУ и построенная на основе экспериментальных данных гистограмма распределения коэффициента усиления представлены на рисунках.

В качестве критерия годности при разбраковке кристаллов на пластине выступал коэффициент передачи на частоте 8ГГц. Общее количество кристаллов МИС на пластине 558шт.

После разделения на кристаллы опытные образцы годных МИС монтировались в СВЧ модуль и производились дополнительные измерения коэффициента шума, обратных потерь по входу/выходу и границы линейности. Измерения показали, что в диапазоне частот 7-10ГГц МИС МШУ имеют коэффициент шума от 2.9 до 2.1дБ, модуль коэффициента отражения менее минус 12дБ и верхнюю границу линейности амплитудной характеристики по выходу +6дБм.

Заключение

Проведенная работа включает полный цикл разработки и производства GaAs МИС СВЧ на основе гетероструктурного материала. Работа является результатом взаимовыгодного и взаимодополняющего сотрудничества двух организаций, которая, к тому же, была выполнена в сжатые сроки. Высокий выход годных кристаллов с пластины позволяет судить о промышленной пригодности разработанного технологического маршрута, а высокая повторяемость параметров транзисторов по площади пластины позволяет судить о принципиальной возможности разработки и изготовления МИС, содержащих транзисторы с большой периферией затвора, таких как усилители мощности.