СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-7

Монолитные интегральные схемы ограничителей СВЧ мощности вы полняются на pin диодах или диодах с барьером Шоттки. Оба класса схем имеют свои преимущества и недо статки. Ограничители мощности на основе pin диодов характеризуются более широким диапазоном частот, низкими вносимыми потерями и большей допустимой входной мощ ностью по сравнению с защитными устройствами на ДБШ. Защитные уст ройства на ДБШ, в свою очередь, ха рактеризуются меньшей мощностью просачивания и большим быстродей ствием. Все указанные преимущества можно объединить в многокаскадном защитном устройстве, содержащем pin диоды во входных каскадах и ДБШ на выходе [8]. Разработана технология изготовле ния МИС, позволяющая получать вер тикальные структуры pin диодов и ди одов Шоттки на одном кристалле. Бы ли изготовлены двухкаскадные МИС защитных устройств: ● схема на основе pin диодов; ● схема, включающая pin диоды во входном каскаде и диоды Шоттки в выходном каскаде (конструкция схемы защищена патентами РФ № 94765 от 27.05.2010 и № 102846 от 10.03.2011). При изготовлении кристаллов схем к технологическим операциям созда ния pin диодных МИС были добавле ны операции, связанные с изготовле нием вертикальных структур диодов Шоттки. Сложность изготовления дан ной схемы обусловлена не только большим количеством технологичес ких операций, но и достаточно высо ким рельефомповерхностиМИС (при мерно 4 мкм). Изготовленные pin ди одные схемы и схемы, содержащие pin диоды и диоды Шоттки, характе ризуются одинаковыми малосигналь ными параметрами (см. рис. 3а). Мощ ность просачивания МИС, включа ющей pin диоды и диоды Шоттки, значительно ниже, чем у обычной pin диодной схемы (см. рис. 3б). РазработанныеМИС характеризуют ся следующими параметрами: полоса рабочих частот Δ f = 1…22 ГГц; вноси мые потери |s21| < 1 дБ; коэффициенты отражения на входе и выходе |s11| и |s22| >15 дБ; максимальная входная мощ ность P вх.макс > 37 дБм (5 Вт); мощность просачивания P вых < 18 дБм/11,5 дБм. Для Х диапазона частот (8…12 ГГц) схе ма характеризуется вносимыми поте рями порядка 0,35 дБ и модулями ко эффициентов отражения на входе и выходе не менее 20 дБ. Изготовленная микросхема ограничителя мощности по своим параметрам полностью со ответствует требованиям к защитному устройству для малошумящего усили теля Х диапазона [9]. На основе результатов исследований характеристик созданных GaAs гете роструктурных pin диодов была соз дана ещё одна МИС ограничителя мощности (заявка на изобретение № 2011102631 от 24.01.2011). В дан ной схеме можно управлять уровнем просачивающейся мощности и вели чиной вносимых потерь. На рисунке 4а представлено семей ство зависимостей вносимых и обрат ных потерь от частоты, измеренное при разных смещениях. Диапазон ра бочих частот МИС составил 2…20 ГГц. При увеличении смещения от нуля до 1,4 В происходит незначительный рост потерь. Эксперимент показал (см. рис. 4б), что при изменении управляю щего напряжения от 0 до 1,4 В уровень просачивающейся мощности снижа ется от 17 до 8 дБм. Максимальная входная мощность устройства состав ляет не менее 37 дБм. Разработанная микросхема может быть также исполь зована в качестве управляемого атте нюатора или «выключателя». Глубина изоляции МИС в Х диапазоне состав ляет не менее 40 дБ при управляющем токе 10 мА. З АКЛЮЧЕНИЕ Выполнен комплекс работ, позво ливший заложить основы нового для страны научно технического направ ления по созданию монолитных интегральных схем СВЧ на основе гетероструктурных pin диодов на арсениде галлия. В рамках этого направления разработаны и реализо ваны МИС переключателей, не усту пающие зарубежным аналогам, а так же оригинальные схемы ограничи телей мощности, по совокупности параметров превосходящие зарубеж ные аналоги. Л ИТЕРАТУРА 1. Наливайко Б.А., Берлин А.С., Божков В.Г. Полупроводниковые приборы. Сверх высокочастотные диоды: Справочник. РАСКО, 1992. 2. www.macomtech.com . 3. www.triquint.com. 4. www.npptez.ru . 5. Айзенштат Г.И., Божков В.Г., Ющенко А.Ю., Монастырев Е.А. Гетероструктурные p i n диоды. Материалы конф. КрыМиКо’2010. Севастополь, 2010. С. 169–170. 6. АйзенштатГ.И., Божков В.Г., Ющенко А.Ю. , Монастырев Е.А., Добуш И.М. СВЧ p i n дио ды на о с но в е г е т е ро с т р у к т у р AlGaAs/GaAs. Изв. Вузов: Физика. 2010. № 9/2. С. 310–314. 7. Айзенштат Г.И., Ющенко А.Ю., Гущин С.М., Дмитриев Д.В., Журавлев К.С., Торопов А.И. Рекомбинация носителей заряда в арсе нидогаллиевом p i n диоде. Физика и техника полупроводников. 2010. Том 44. Вып. 10. С. 1407–1410. 8. Seong&Sik Yang, Tak&Young Kim, Deok&Kyu Kong, So&Su Kim, and Kyung&Whan Yeom. A Novel Analysis of a Ku Band Planar p i n Diode Limiter. IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 2009. Vol. 57. No. 6. PP. 1447–1460. 9. Ющенко А.Ю., АйзенштатГ.И., Божков В. Г., Монастырев Е.А., Добуш И.М. Гетеро структурные монолитные интегральные схемы малошумящего усилителя Х диа пазона и pin диодного ограничителя мощности. Тезисы докладов НПК пофизи ке и технологии наногетероструктурной СВЧ электроники. НИЯУ МИФИ. 2011. C. 26–27. ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2011 Рис. 4. Экспериментальные характеристики микросхемы ограничителя мощности, управляемого напряжением –4,0 0 2 8 10 Частота, ГГц s21, дБ s11, дБ s21 s11 v = 0B v = 1,6B v = 0…1,6B Δ v = 0,2B 4 6 16 12 14 18 20 –3,5 –2,5 –2,0 –1,5 –1,0 –0,5 0,0 0 –5 –10 –15 –20 –3,0 0 0,0 1,0 Напряжение, В Мощность просачивания, дБм = 30 дБм = –5 дБм Ослабление, дБ 0,5 2,0 1,5 2,5 10 15 20 60 55 50 45 40 35 30 20 15 25 10 5 0 5 а) б) © СТА-ПРЕСС