ОБРАТИМЫЕ ОТКАЗЫ МАЛОШУМЯЩИХ УСИЛИТЕЛЕЙ ПРИ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
, , Лэ Куанг Тук
Воронежский государственный университет, г. Воронеж
E-mail: *****@***vsu. ru
Качество работы любого современного приемника напрямую зависит от характеристик радиоприемного тракта, основными элементами которого обычно являются антенна и малошумящий усилитель (МШУ). В качестве объектов исследования были выбраны GaAs полевые транзисторы с затвором Шоттки (ПТШ), AlGaAs транзисторы с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ) и SiGe биполярные транзисторы с гетеропереходом (БТГП),, как наиболее часто используемые приборы в составе МШУ СВЧ диапазона. Выбор указанных типов приборов обусловлен в первую очередь низким уровнем собственных шумов.
В связи с большой перспективой использования сверхширокополосных устройств в настоящее время влияние импульсных помех и методов защиты от них выходит на первый план. В работах [1–7] рассматривается воздействие преднамеренных и непреднамеренных импульсных помех на характеристики МШУ СВЧ диапазона на основе полевых транзисторов. Отмечается, что импульсное воздействие приводит к временному уменьшению (деградации) тока стока активного элемента, а следовательно и к уменьшению коэффициента усиления. При этом эффект обладает последействием, а время деградации не ограничивается временем воздействия.
В данной работе приведены обобщенные результаты экспериментальных исследований временной деградации выходного тока БТГП, ПТШ и ТВПЭ в составе однокаскадного МШУ при воздействии последовательности видеоимпульсов субнаносекундной длительности различной амплитуды.
В ходе исследований обратимых отказов МШУ при воздействии видеоимпульсов была выработана общая схема построения экспериментального исследования статических характеристик для всех типов полупроводниковых приборов. Установка предусматривает возможность воздействия на входные и выходные цепи МШУ последовательностей видеоимпульсов различной полярности, амплитуды, длительности и частоты повторения. Контролируемой величиной является выходной ток транзистора, однозначно связанный с коэффициентом усиления. Деградация транзистора в результате импульсного воздействия оценивается по изменению этой величины относительно первоначального значения (рис. 1). В качестве измерительного модуля выбран однокаскадный МШУ, работающий в режиме максимального усиления сигнала. Для исследования воздействия на полевые транзисторы используется схема подключения транзистора с общим истоком, для биполярных – с общим эмиттером.
Рис. 1. Временная диаграмма выходного тока МШУ
Проведенные эксперименты с ПТШ и ТВПЭ [4-7] показали, что воздействие на входные цепи приводит к четко выраженным явлениям релаксации в межимпульсных промежутках, наступающим при импульсных напряжениях отрицательной полярности, величина которых превышает напряжение отсечки. Установлено, что причиной возникновения эффекта обратимой деградации в полевых транзисторах является образование избыточного объемного заряда в результате захвата носителей заряда на глубокие уровни в подложке, который в свою очередь сужает канал транзистора и приводит к уменьшению тока стока. При воздействии импульсов положительной полярности как в цепи стока, так и в цепи затвора также наблюдались катастрофические отказы, при которых усиливающие свойства транзистора терялись, возникали пробои различных типов и пр.
Воздействие импульсной последовательности на входную цепь МШУ на основе БТГП также приводило к обратимым отказам (рис. 1). Величина максимального напряжения импульсов влияла на длительность восстановления тока до первоначального значения. Необходимо отметить, что, в отличие от воздействия на полевые транзисторы, обратимая деградация выходного тока наблюдалась как при импульсах отрицательной полярности, так и положительной. Обратимые отказы БТГП могут быть связаны с наличием глубоких уровней на границах раздела база-коллектор, база-эмиттер. При действии достаточно большой величины поля, как положительной, так и отрицательной полярности носители приобретают энергию, достаточную для перехода на энергетический уровень вблизи запрещенной зоны полупроводника. В результате количество носителей в рекомбинационном токе уменьшается, что приводит к уменьшению тока коллектора. Во время релаксации уровней рекомбинационный ток снова нарастает до начальной величины. Время релаксации значительно меньше, чем в случае с полевыми транзисторами. Это связано с меньшим количеством глубоких уровней и непосредственным влиянием поля на их разрядку.
Поскольку ПТШ, ТВПЭ и БТГП входят в число наиболее уязвимых элементов радиоприемного тракта современной радиоаппаратуры СВЧ-диапазона в отношении внешних воздействий, полученные результаты могут быть использованы при решении практических задач обеспечения надежности функционирования радиоаппаратуры в условиях мощных электромагнитных помех. Разработанные экспериментальные методы и устройства могут быть использованы для тестирования и других типов полупроводниковых приборов на стойкость к обратимым отказам на этапах разработки и производства радиоаппаратуры.
Работа проведена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований ( проект 16-42-360381 р_а).
Библиографический список
1. , , и др. Влияние мощных импульсных микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы // Зарубежная радиоэлектроника, 1995. – №1. – С. 37-53.
2. James D. S., Dormer L. A study of high power pulsed characteristics of low-noise GaAs MESFET’s // IEEE Trans., 1981, – v. MTT-29. – N 12. – Pp. 1298-1310.
3. , , и др. Влияние глубоких уровней в буферном слое на характеристики транзисторов и малошумящих усилителей при воздействии импульсов СВЧ-мощности // Радиотехника, 2006. – №3. – С. 34-42.
4. , , и др. Исследование обратимых отказов GaAs ПТШ при импульсных перегрузках // Известия вузов. Электроника, 2006. – №5. – С. 69-77.
5. M., , Экспериментальное определение стойкости полевых транзисторов к импульсным перегрузкам // Приборы и техника эксперимента, 2007. – №5. С. 108-113.
6. M., , и др. Экспериментальное исследование обратимой деградации GaAs ПТШ под действием сверхкоротких видеоимпульсов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2007. – №1 . – С. 104-111.
7. , , Обратимые отказы HEMT-транзисторов под действием сверхкоротких видеоимпульсов / , , // Физика волновых процессов и радиотехнические системы.— 2009 .— Т. 12, № 1. - С. 62-67.
Сведения об авторах
– профессор, д. ф.-м. н., профессор, г
– доцент, к. ф.-м. н. г
– доцент, к. ф.-м. н., г
– доцент, д. ф.-м. н., доцент, г
Лэ Куанг Тук – аспирант, г
Вид доклада: (устный / стендовый)
