СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-7

В ВЕДЕНИЕ Pin диодынашлиширокое примене ние в технике СВЧ. На их основе могут быть реализованы схемы управления уровнем и фазой СВЧ сигналов, а так же коммутаторы СВЧ мощности в ли ниях передачи [1]. На сегодняшний день существуют технологии создания pin диодных мо нолитных интегральных схем (МИС) на основе кремния, арсенида галлия и фосфида индия. Схемы, изготовлен ные по кремниевой технологии [2], отличаются высокой мощностью, но ограничены рабочей частотой до 20…25 ГГц и сложны в изготовлении. Схемы на основе фосфида индия се рийно не выпускаются. Сравнительно простая технология GaAs позволяет создавать МИС с предельно высокими параметрами, является наиболее вос требованной и активно развивает ся [2, 3]. С ХЕМЫ КОММУТАТОРОВ СВЧ МОЩНОСТИ Для реализации СВЧ МИС исполь зовалась технология создания pin диодов на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs. По сравнению с гомо структурными, диодына основе струк туры AlGaAs/GaAs отличаются мень ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2011 шим последовательным сопротивле нием при том же уровне управляюще го тока. Изготовленные гетерострук турные диоды характеризуются сле дующими параметрами: вносимые потери открытого диода 0,28…0,4 дБ в частотном диапазоне 0,1...40 ГГц, что соответствует прямому сопротивле нию потерь ( r пр. ) 3,5…4,5 Ом, при этом развязка в закрытом состоянии диода соответствует эквивалентной ёмкости ( C д ) 30 фФ. Характеристики получен ных диодов соответствуют зарубеж ным аналогам. Ближайшими отечест венными аналогами являются крем ниевые pin диоды 2А533(А Г) 3 и 2А566(А Б) 3 [4], которые по своим па раметрам немного превосходят GaAs приборы. Однако при использовании GaAs pin диодов в составе монолитных интегральных схемих недостатки пол ностью компенсируются. М ИКРОСХЕМЫ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ SPDT ДЛЯ С И Х ДИАПАЗОНОВ ЧАСТОТ На рисунке 1а показана фотогра фия монолитной интегральной схе мы pin диодного коммутатора Х диа пазона. Подобную топологию имеет и микросхема С диапазона. Размер кристалла МИС составляет 2,2 × 2,5 × × 0,1 мм. Микросхемы изготовлены на гете роструктурах AlGaAs/GaAs. Наряду с технологическими процессами изго товления pin диодов [5], технология МИС включала процессы, связанные с формированием резисторов из си лицида вольфрама, конденсаторов на основе Ta 2 O 5 , сквозных отверстий химическим травлением с последую щей металлизацией обратной сторо ны пластиныи разделением пластины на кристаллыметодом дисковой резки. Как отмечалось ранее [5 – 7], дискрет ные СВЧ pin диоды на основе арсени да галлия являются источниками инф ракрасного излучения. Нафотографии (см. рис. 1а) хорошо видно, что и в ин тегральной схеме коммутатора в рабо чем режиме прямосмещённые диоды также излучают свет, что позволяет оценить тепловое сопротивлениеМИС R T = 250…300 ° С/Вт (методика опреде ления теплового сопротивления GaAs СВЧ pin диода по спектрам его излу чения описана в [6, 7]). Измеренные па раметрыМИС Х диапазона приведены на рисунке 1б. Микросхема коммутатораС диапазо на вполосе частот 4…8 ГГцхарактеризу ется вносимымипотерями (IL) не более 0,75 дБ, коэффициентами отражения вход/выход (|s11| и |s22|) не более –17 дБ и развязкой между каналами (ISOL) не менее 46 дБ. МИС коммутатора Х диа пазона в полосе частот 8…12 ГГц (см. рис. 1б) характеризуется вносимыми потерями (IL) не более 0,7 дБ, коэффи циентами отражения вход/выход (|s11| и |s22|) более –20 дБ и развязкой между каналами (ISOL) не менее 42 дБ. Изго товленные МИС могут работать в бо лее широком диапазоне частот при незначительном ухудшении парамет ров. Верхняя граница линейности амп литудной характеристики по выходу составляет 20 дБм (8 ГГц). Разработанные микросхемы ком мутаторов С и Х диапазонов частот по своим параметрам соответству ют зарубежным аналогам (например, TGS2302 [3]). В России прямые аналоги отсутствуют. Рис. 1. Фотография кристалла микросхемы Х диапазона (а) и её измеренные характеристики (б) Монолитные интегральные схемы СВЧ на основе гетероструктурных GaAs pin диодов Алексей Ющенко, Геннадий Айзенштат, Владимир Божков, Евгений Монастырёв (Томск) В статье представлены результаты разработки коммутационных и ограничительных pin диодных СВЧ МИС на основе гетероструктур AlGaAs/GaAs. Разработанные микросхемы не имеют прямых аналогов в России и не уступают зарубежным аналогам. –3,0 2 0 4 8 10 Частота, ГГц IL, дБ IL +/–10 мА s11, s22, ISOL, дБ ISOL s11 s22 6 14 12 16 18 –60 –50 –40 –30 –20 –10 –2,5 –2,0 –1,5 –1,0 –0,5 0,0 а) б) © СТА-ПРЕСС