1.6. Оптимизированные свч транзисторы
Дальнейшее совершенствование технологии изготовления интегральных схем открывает обширные перспективы развития систем связи. Использование новых методов видеообработки сигналов, особенно с помощью цифровых сигнальных процессоров (DSP), даёт возможность реализовать последние достижения КМОП-технологии и связанном с ними снижение габаритов MOSFET-транзисторов. Развитие технологий производства СВЧ транзисторов для приёмного и передающего трактов происходит не столь быстро, поэтому часть программы была сфокусирована именно на этой проблеме.
Для получения высоких характеристик усилителей мощности необходимо, чтобы применяемые в них полупроводниковые приборы работали с относительно высокими напряжениями (более 10 В при напряжении батарей питания 3 В) и имели очень низкое сопротивление канала в открытом состоянии. Для приёмных устройств наиболее важными характеристиками являются низкий коэффициент шума и высокая линейность. В обоих случаях основными проблемами можно назвать высокую подвижность носителей и наличие сильного электрического поля, приводящего к пробою транзисторов, поэтому большое внимание было уделено использованию составных полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия (GaAs) и фосфид индия (InP), а также SiGe. В рамках программы был разработан ряд новых гетеропереходных устройств (транзисторов HFET, HEMT и HBT), причём основной акцент ставился на их оптимизацию для использования именно в СВЧ беспроводных системах связи.
1.7. Биполярные транзисторы с пониженным накоплением заряда в режиме насыщения
Гетеропереходные биполярные транзисторы (HBT) имеют высокую подвижность носителей заряда и обеспечивают большую плотность рассеиваемой мощности, что положительно сказывается на их частотных характеристиках. Однако, если эти устройства используются в режимах, близких к области насы-щения (например, в коммутируемом усилителе), на них отрицательно сказывается явление, называемое накоплением заряда. В ходе программы было показано, что использование соответствующего сдвоенного HBT (DHBT) устройства с широкими коллектором и эмиттером позволяет значительно подавить эффект накопления заряда в режиме насыщения.
Рис. 10. Характеристики восстановления одинарного SHBT(а) и сдвоенного DHBT(б) транзисторов демонстрируют снижение эффекта накопления заряда в режиме насыщения
На рис. 10 показаны обратные характеристики восстановления обычного одинарного HBT (SHBT) транзистора и нового сдвоенного HBT (DHBT) транзистора при синусоидальном входном воздействии. Отсутствие отрицательного выброса тока говорит об улучшенных частотных характеристиках исследуемого транзистора. Сдвоенные DHBT-транзисторы на основе фосфида индия и галлия (GaInP) помимо этого имеют меньшее напряжение насыщения (Vcesat) по сравнению с одинарными (SHBT) прототипами. Улучшенные частотные характеристики этих устройств делают их весьма привлекательными для использования в усилителях мощности следующего поколения. С появлением DHBT-транзисторов, разработчики усилителей получают возможность использовать область низкого напряжения Vce, например, в ключевом режиме, что облегчает реализацию усилителей классов F, D и S.