СВЧ-ПРИБОР Советский патент 1996 года по МПК H01L29/41 

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности к приборам СВЧ на твердом теле, и может быть использовано в измерительной и вычислительной технике.

Известен твердотельный СВЧ усилитель, содержащий слой полупроводника с двумя контактами и изолированный от полупроводника слой с хорошей проводимостью. При приложении к контактам достаточно сильного напряжения постоянного тока полупроводник приобретает отрицательное дифференциальное сопротивление.

Недостатки этого прибора сравнительно невысокое быстродействие и зависимость характеристик на СВЧ от разброса технологических и геометрических параметров, возникающих при изготовлении отдельных приборов.

Из известных СВЧ приборов наиболее близким к предложенному по технологической сущности является транзистор бегущей волны, содержащий эпитаксиальный слой арсенида галлия n-типа на полуизолирующей подложке, два омических контакта к слою арсенида галлия и два электрода с барьерами Шоттки, которые параллельны омическим контактам и расположены возле них. При подаче на омические контакты и электроды напряжения постоянного тока, а на электрод Шоттки СВЧ сигнала в слое арсенида галлия возникает бегущая волна СВЧ, экспоненциально нарастающая от входа к выходу прибора. Выключение прибора и устранение разброса параметров, возникающих при изготовлении отдельных приборов, осуществляются путем изменения напряжения, прикладываемого к контактам и электродам. Быстродействие транзистора бегущей волны ограничивается временем дрейфа пространственного заряда через слой арсенида галлия, а также нелинейной зависимостью между величиной прикладываемого к электродам и контактам напряжения смещения и оптимальными условиями образования и существования бегущей волны пространственного заряда в эпитаксиальном слое арсенида галлия. Время выключения транзистора бегущей волны составляет 0,4 нс.

Цель изобретения повышение быстродействия прибора.

Это достигается тем, что в СВЧ приборе параллельно электродам с барьером Шоттки вне области распространения бегущей волны выполнены управляющие электроды, расположенные симметрично относительно вертикальной оси прибора.

На чертеже представлен СВЧ прибор.

СВЧ прибор содержит эпитаксиальный слой 1 арсенида галлия n-типа с двумя параллельными омическими контактами 2, два электрода 3 и 4 с барьерами Шоттки, расположенные на слое арсенида галлия параллельно омическим контактам, а также два управляющих электрода 5, расположенных между электродами с барьерами Шоттки симметрично оси прибора.

СВЧ прибор работает следующим образом. На электрод 4 подается сигнал СВЧ в диапазоне от 2 до 18 ГГц. Между контактами 2 прикладывается постоянное напряжение (-80 В на контакт, ближний к входному электроду 4). Напряжение смещения прикладывается также к электродам 3 и 4 (-85 В на входной электрод 4). В результате этого в активном слое арсенида галлия, заключенном между электродами 3 и 4, возникает бегущая волна, экспоненциально нарастающая от входа к выходу. Оптимальные характеристики прибора на СВЧ и устранение небольшого разброса параметров, возникающих при изготовлении отдельных приборов, осуществляются изменением напряжения, прикладываемого к контактам и электродам. Полное усиление СВЧ сигнала по напряжению равно
K где А,В,С,D функции передачи напряжения во входной области прибора, в области бегущей волны, в выходной области и в цепи обратной связи соответственно. При подаче на управляющие электроды импульса напряжения с амплитудой, равной по величине напряжению, приложенному к электродам с барьерами Шоттки, напряженность электрического поля в слое арсенида галлия, заключенном между управляющими электродами и одним из электродов с барьером Шоттки, уменьшится ниже порога междоменного электронного перехода. Изменится также первоначальная конфигурация силовых линий поля. Это приводит к выключению СВЧ прибора. Время выключения прибора уменьшается примерно в два раза по сравнению с временем выключения известного транзистора бегущей волны и составляет не более 0,2 нс. Это обусловлено уменьшением времени волны пространственного заряда в слое арсенида галлия.

Для включения прибора достаточно отключить управляющие электроды от питающего напряжения. В этом случае прибор может быть использован также в качестве транзистора бегущей волны. Чтобы полностью исключить влияние управляющих электродов в отключенном состоянии на распространение прямой и отраженной волн пространственного заряда, управляющие электроды расположены вне области распространения бегущей волны на рассто- янии от оси прибора, где l и b длина и ширина электрода с барьером Шоттки соответственно. При таком расположении между границей области распространения бегущей волны и управляющим электродом остается достаточно широкий слой арсенида галлия. Из технологических соображений ширина управляющих электродов выбрана (0,8 -1,2)b.

При особых режимах подачи напряжения смещения на электроды и контакты СВЧ прибор может работать как СВЧ генератор. В этом случае изменением напряжения на управляющих электродах можно регулировать коэффициент обратной связи генератора.

Размеры управляющих электродов рассчитываются с учетом допустимой рассеиваемой удельной мощности и минимальной ширины пленки, технологически реализуемой выбранным методом. Увеличение ширины управляющих электродов больше 1,2b не приводит к повышению быстродействия СВЧ прибора.

Использование изобретения в народном хозяйстве позволит получить технико-экономический эффект за счет сокращения расходов на разработку ряда приборов для СВЧ диапазона. Наряду с выполнением функций транзистора бегущей волны СВЧ прибор может дополнительно применяться в качестве быстродействующих защитного выключателя и модулятора на СВЧ, а также при создании логических элементов быстродействующих ЭВМ и в устройствах связи на сверхвысоких частотах. Наличие управляющих электродов позволяет вдвое повысить быстродействие и расширить функциональную возможность СВЧ прибора. При этом трудоемкость и материалоемкость в процессе изготовления СВЧ прибора увеличится незначительно по сравнению с процессом изготовления транзистора бегущей волны, так как управляющие электроды можно изготавливать одновременно с омическими контактами и из того же материала.

СВЧ-прибор на основе арсенида галлия, снабженный двумя электродами с омическими контактами и параллельно им расположенными двумя электродами с барьером Шоттки, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, параллельно электродам с барьером Шоттки вне области распространения бегущей волны выполнены управляющие электроды, расположенные симметрично относительно вертикальной оси прибора.

СВЧ прибор на основе арсенида галлия, снабженный двумя электродами с омическими контактами и параллельно им расположенными двумя электродами с барьером Шоттки, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, параллельно электродам с барьером Шоттки вне области распространения бегущей волны выполнены управляющие электроды, расположенные симметрично относительно вертикальной оси прибора.