автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Сверхвысокочастотные полупроводниковые приборы, интегральные схемы и устройства для генерации и преобразования колебаний

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621. 382: 621. 3. 049. 77

ГРАДИНАРОВ ПЕТКО ГЕОРГИЕВ

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ, ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ

05.27. 01 - Твердотельная электроника

ДИССЕРТАЦИЯ в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукописи

и микроэлектроника

Москва - 1992

Работа выполнена в Международном центре по информатике и электронике (ИнтерЭВМ)

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор,

академик АИН РФ Е. И. НЕФЕДОВ

доктор технических наук, профессор К А. ГОРОХОВ

доктор физико-математических наук, профессор Е А. КУЗЬМИН

Ведущая организация: НИИ "Пульсар"

Защита состоится "У^" г. в /^ часов

на заседании Специализированного совета Д. 063.68.06 в Московском институте электронного машиностроения (109028. Москва, Б. Вузовский пер. ,3/12).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Диссертация разослана " д « 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, доцент Е И. ЖУКОВ

- - 2 -СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.........;........................5

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СВЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, ИНТЕГРАЛЬНЫХ

СХЕМ И ПОЛУПЮЮДНИКОВЫХ УСТРОЙСТЕ ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ.....11

ГЛАВА 11. ГЮЛУПРОЮДНШЮШЕ ПРИБОРЫ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ

АКТИВНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ...................... 12

2.1. Виды приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением и их свойства.............................12

2.2. Основные эффекты при сильных электрических полях в полупроводниках и переходах .............................. 13

2.3. Модели приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением ............................................ 14

2. 4. Статические характеристики приборов с отрицательным

активным динамическим сопротивлением ..................... 15

2.5. Анализ высокочастотных характеристик приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением при малой амплитуде переменного сигнала ...................... 16

2. б. Нелинейный анализ высокочастотных характеристик приборов

с отрицательным активным динамическим сопротивлением при большой амплитуде переменного сигнала. Нелинейная модель приборов с отрицательным активным динамическим

сопротивлением............................................21

ГЛАВА III. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ С ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТЬЮ.____33

3.1. Основные сведения о полупроводниковых приборах с

переменной емкостью ...................................... 33

3. 2. Параметры и характеристики полупроводниковых приборов с

переменной емкостью......................................34

3. 3. Варакторы................................................35

3. 4. Разработка и исследование варакторов с р-п переходами.....35

3. 5. Варикапы.................................................38

ГЛАВА IV. БЫСТРОПЕРЕКЛЮЧАЩИЕ ДИОДЫ.....................'......42

4.1. Основные сведения о быстропереключаюшихся диодах.........42

4. 2. Модель PIN диода...............-...........................43

4. 3. Конструктивно-технологические методы изготовления быстро-

переклк/чагашся диодов..............................'.....44

*

4. 4. Исследование электрических характеристик и гкфамот(юп

бистропереключающихся диодов.............................45

ГЛАВА V. СВЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ С ПЕРЕХОДАМИ

МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК ..................................... 48

5.1. Основные сведения о полупроводниковых диодах с переходами

металл-полупроводник.....................................48

5. 2. СВЧ полупроводниковые диоды с переходами металл-полупроводник. Модель и основные зависимости ..................... 48

5.3. СВЧ полупроводниковые диоды с переходами У-пл+51.

Выпрямительные свойства перехода У-пп+51..................49

5. 4. СВЧ полупроводниковые диоды с переходами Ш-пл^!.

Выпрямительные свойства перехода М1-пп"51.................49

5.5. СВЧ полупроводниковые диоды с переходами А1-пп+51. Выпрямительные свойства перехода А1-ш?" .................49

5.6. Смесительные диоды с переходами металл-полупроводник; У-пп+51 , т-пл4^ . А1-пп+51 . Методика измерения смесительных диодов......................................50

5.7. Варакторы с переходами металл-полупроводник;

У-пп+31 , Ш-пп+Б! . А1-пп+31 ............................50

ГЛАВА VI. СВЧ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ................51

6.1. Микрополосковые передающие линии. Виды и свойства микро-полосковых линий. Несимметричные микрополосковые линии.....51

6.2. Анализ и проектирование СВЧ интегральных гибридных генераторов..............................................52

6.3. Интегральные гибридные генераторы на основе приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением и диодов Ганна ............................................. 55

6. 4. Интегральные гибридные транзисторные генераторы..........56

6. 5. Интегральные гибридные генераторы с диэлектрическими

резонаторами..............................................56

6. 6. Интегральные гибридные гетеродинные генераторы

с варакторной перестройкой частоты........................57

ГЛАВА VII. СВЧ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ'

КОЛЕБАНИЙ ................................................ 57

7.1. Интегральные гибридные смесители.........................58

7.2. Интегральные гибридные аттенюаторы.......................58

7. 3. Интегральные гибридные умножители........................59

ГЛАВА VIII. ШЛУПРОВОДНИКОШЕ УСТРОЙСТВА......................60

8.1. Генераторы с лавинно-пролетными диодами..................60

8. 2.Генератор с диодом Ганна.................................60

8. 3. Гетеродинные полупроводниковые генераторы................61

8. 4- Управляемые широкополосные аттенюаторы...................61

ГЛАВА 1Х.СВЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ

ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА.............................!........64

9.1.СВЧ полупроводниковое приемное устройство для РЛС........65

9.2. СВЧ интегральные гибридные приемные устройства для РЛС ... 66

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ...................................'........69

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ И АВТОРСКИХ СВИДЕТЕЛЬСТВ ............... 76

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА........................................78

- 5 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ РАПОТН

Исследования сверхвысокочастотных (СВЧ) полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств расширяются и в значительной степени увеличиваются. Ряд проблем,связанных с общрй теорией полупроводниковых приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением при малой и большой амплитуде переменных сигналов, с теоретическим анализом быстропереключающихся PIN диодов, с разработкой и исследованием полупроводниковых приборов с переменной емкостью и диодов с переходом металл-полупроводник (с барьером Шоттки); с проектированием,теоретическим анализом, разработкой. исследованием и производством СВЧ интегральных схем таких, как интегральные гибридные генераторы СВЧ, интегральные гибридные смесители, умножители частоты и аттенюаторы, СВЧ полупроводниковые и интегральные приемные устройства для специализированных радиолокационных станций (РЛС), радионавигационной аппаратуры и радиоэлектронных систем управления были не решены или не решены в целом к началу работы. Все это определяет научный и научно-прикладной интерес к проблемам СВЧ полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств для генерации и преобразования СВЧ колебаний и актуальность темы диссертационной работы.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ

Основной целью диссертации является решение комплексной крупной проблемы создания, исследования и разработки сверхвысокочастотных полупроводниковых приборов,интегральных схем и устройств для генерации и преобразования колебаний для радиоэлектронных систем управления,систем коллективного приема,РЛС и радионавигационной аппаратуры.

Основные задачи работы следующие:

- построить общую теорию полупроводниковых приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением при малой и большой амплитуде переменного сигнала,которая охватывает лавинно-тун-нельные пролетные диоды, туннельно-пролетные диоды, инжекционно-пролетные диоды и лавинно-пролетные диоды; провести теоретический анализ высокочастотных характеристик приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением;

- разработать и исследовать полупроводниковые приборы с переменной емкостью - варакторы и варикапы - для полупроводниковых устройств с перестройкой частоты для РЛС и радиоэлектронных

- б -

систем СВЧ;

- провести теоретический анализ быстропереключаххцихся PIN диодов и исследовать их высокочастотные характеристики;разработать и исследовать быстропереключающиеся диоды для управляемых аттенюаторов, антенных усилителей,фазорегуляторов,переключателей и систем коллективного приема;

- создать и исследовать новые диоды с переходами металл-полупроводник с использованием новых металлов для формировалия переходов для интегральных преобразовательных устройств с целью получения улучшенных электрических параметров и удешевления технологических процессов и приборов;

- провести теоретический анализ и ^оздать методику проектирования интегральных гибридных генераторов чс полупроводниковыми приборами; разработать и исследовать интегральные гибридные генераторы СВЧ; интегральные генераторы с диодами Ганна, интегральные гетеродинные генераторы с диодами Ганна и варакторной перестройкой, интегральные генераторы с лавинно-пролетными диодами, интегральные генераторы с диодами Ганна или с лавинно-пролетными диодами с диэлектрическими резонаторами и интегральные транзисторные генераторы для 1-3 ГГц;

- создать и исследовать СВЧ интегральные схемы для преобразования колебаний,интегральные балансные смесители,управляемые аттенюаторы для специализированных РЛС и интегральные умножители частоты;

- провести теоретический анализ широкополосных управляемых аттенюаторов для СВЧ радиоэлектронных систем. Для расширения частотной полосы пропускания специализированных РЛС создать и исследовать управляемые широкополосные аттенюаторы с PIN диодами - однощелевые, двухщелевые и многощелевые резонансные диафрагмы с NIPIN диодами, а также двухэлементные однощелевые и многощелевые управляемые аттенюаторы;

- создать и исследовать СВЧ полупроводниковые и интегральные гибридные приемные устройства для РЛС,радионавигационной аппаратуры и радиоэлектронных систем управления.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

Основные результаты диссертации являются оригинальными.

Создана единая теория полупроводниковых приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением при малой и большой амплитуде переменных сигналов, которая охватывает лавиннно-•туннельные пролетные диоды, туннельно-пролетные диоды, инжекцион-

но-пролетные диоды и лаишшо-пролетные диоды. Впервые пропедсн линейный и нелинейный анализ высокочастотных характеристик лавинно-туннельного пролетного диода,в котором проявляется лавинное умножение туннельных носителей. Впервые представлена нелинейная теория генерации колебаний в приборах,работающих в режиме совместного электрического пробоя - лавинно-туннельных пролетных диодах. На основании нелинейной теории определены активное и реактивное сопротивление,активная и реактивная проводимость,выходная модность и коэффициент полезного действия (к. п. д.) приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением с безинерционной генерацией (инжекцией) или инерционной генерацией носителей. Проведен анализ высокочастотных характеристик генераторных кремниевых, арсенид-галлиевых и германиевых приборов. ■

Впервые исследовано влияние форм электрического пробоя на высокочастотные характеристики, проводимость,сопротивление, выходная мощность и к. п. д. полупроводниковых приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением при малой и большой амплитуде сигналов. Анализированы основные параметры приборов с отрицательной активной проводимостью при инерционной (лавинно-тун-нельный эффект,лавинное умножение) или безинерционной (туннельный эффект, инжекция неосновных носителей заряда, термоэлектронная, термоэлектронная полевая и полевая эмиссия носителей заряда) генерацией носителей на основе пролетной модели.

Созданы и исследованы полупроводниковые приборы с переменной емкостью -варакторьги варикапы с ионно-имплантированными р-п переходами - для интегральных схем и устройств с перестройкой частоты для РЛС и СВЧ радиоэлектронных систем.

Проведен теоретический анализ быстропереключалцихся PIN диодов и исследованы их высокочастотные характеристики. Исследованы статические и высокочастотные характеристики быстропереключахших-ся диодов.

Впервые созданы полупроводниковые диоды с переходом ванадий- пп+кремний (V-nn+Si) и технологический способ их изготовления. Исследованы выпрямительные свойства и электрические характеристики переходов V-nn+Sl, вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики. Исследованы выпрямительные свойства и электрические характеристики разработанных диодов с переходами V-nn+Sl.

Создана методика проектирования и проведен теоретический анализ интегральных генераторов с полупроводниковыми приборами.

На базе амплитудного и фазового условий для генерации колебаний проведен теоретический анализ интегральных генераторов с полупроводниковыми приборами,таких как интегральные генераторы с диодами Ганна! интегральные генераторы с лавинно-пролетными диодами. интегральные гетеродинные генераторы с диодами Ганна и варакторной перестройкой частоты.

Создана впервые методика для анализа интегральных управляемых аттенюаторов с PIN диодами. На базе матрицы передачи [Т] и матрицы рассеяния CS] определены коэффициенты передачи,отражения и поглощения интегральных аттенюаторов. Спроектированы и исследованы интегральные управляемые аттенюаторы с PIN диодами для приемных устройств РЛС и радиоэлектронных ристем СВЧ.

Созданы широкополосные управляемые .аттенюаторы, представляющие многощелевые диафрагмы с PIN диодами. Проведен теоретический анализ многоцелевых управляемых аттенюаторов,предназначенных для управления уровнем сигналов и расширения частотной полосы пропускания РЛС и радиоэлектронных систем.

Проведено исследование и проектирование квазикогерентного полупроводникового приемного устройства и интегральных приемных устройств для специализированных PJK3 и радиоэлектронных систем.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Разработанные кремниевые пданарно-эпитаксиальные варактор-ные диоды 2А3103-2А3107 предназначены для электронной перестройки частоты СВЧ интегральных схем и устройств. Варакторные диоды типа 2А3106 внедрены в гетеродинных полупроводниковых генераторах. Разработаны PIN диоды типа 2А5201-2А5204 и 2Д5641. PIN диоды 2Д5641 внедрены в системах коллективного телевизионного приема, производимые заводом в г. Годеч. Созданные технологии для разработки и производства варакторных и PIN диодов 3-см. диапазона позволили изготовить указанные приборы и для диапазона до 18ГГЦ. Разработаны СВЧ полупроводниковые диоды с переходами V-nn+Si, Ni -nn+Si и Al-nn+Sl (рмесительные,варакторные и переключательные диоды с барьером Шэттки) для применения в преобразовательных устройствах для РЛС и радиоэлектронных систем СВЧ.

Разработана серия генераторов для СВЧ устройств,такие как генераторы с лавинно-пролетными диодами, генератор с диодом Ганна и гетеродинные полупроводниковые генераторы.

Разработаны интегральные генераторы с диодами Ганна и интегральные транзисторные генераторы на 1-3 ГГц, предназначенные

для приемных уот|юйстп РЛС и СВЧ радиоэлектронных систем. Píiaработал ы образцы СВЧ квазикогерентного полупроводникового приемного устройства и интегральных, приемных устройств для специализированных РЛС.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ,ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Создание новых СВЧ полупроводниковых приборов: лавинно-тун-нельных пролетных диодов,туннельно-пролетных диодов и инжекционно-пролетных диодов, которые дают возможность генерировать СВЧ колебания. Построение единой теории для этого класса приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением для малого и большого сигналов.

2. Исследование влияния форм электрического пробоя и полевого эффекта для генерации носителей заряда на высокочастотные характеристики лавинно-туннельных пролетных диодов,туннельно-пролетных диодов и инжекционно-пролетных диодов.

3. Исследование и разработка варакторов и варикапов с ионно-имплактированными р-п переходами и технологии их изготовления.

4. Проведение теоретического анализа быстропереключаюшихся PIN диодов для стационарного и нестационарного режимов при большом сигнале. Исследование и разработка быстропереключаюшихся PIN и MIN диодов. Создание технологии изготовления бьктропереключаххцихся PIN и MIN диодов. i

5. Создание новых полупроводниковых диодов с переходами металл-полупроводник: ванадий-пп+полупроводник (Y-nrfsi) и технологический метод изготовленйя. Создание и исследование смесительных,варак-торных и переключательньк диодов с переходами V-nn+St.

6. Создание методики для анализа и проектирования интегральных гибридных генераторов с полупроводниковыми приборами. Исследование 'и разработка интегральных генераторов с полупроводниковыми приборами (диодами Ганна, лавинно-пролетными диодами, биполярными транзисторами), а также и с диэлектрическими резонаторами.

7. Создание новых интегральных аттенюаторов с PIN диодами и методики для анализа Исследование и разработка интегральных аттенюаторов с PIN диодами. Построение методики для анализа и проектирования интегральных аттенюаторов.

8. Создание и исследование интегральных преобразовательных схем - интегральных балансных смесителей с квадратным или круговым мостами и умножителей частоты.

9. Создание и исследование гетеродинных полупроводниковых ге-

нераторов, генераторов с лавинно-пролетными диодами и генераторов с диодами Ганна.

10. Создание и исследование нового волноводного элеиента-пшрокополосних управляемых аттенюаторов, представляющих собой однощелевые или многоцелевые диафрагмы со встроенными NIP1N диодами. Построение электрической модели для анализа и проектирования.

11. Создание СВЧ квазикогерентного полупроводникового и интегральных приемных устройств для специализированных РЛС.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения исследований диссертации докладывались и обсуадались на;

- научно-технических симпозиумах и конференциях с международным участием: VI симпозиум "Новости н радиоэлектронике 77", Варна-77 , Zuverlassigkeltstagung, Leipzig 1979;

- юбилейных научных сессиях ТУ - София,1978г., 1983г.;

- научных сессиях ТУ - София, 1976г. ,1977г. ,1978г.; 1982г. ,1983г.;

- юбилейных научных сессиях ТУ - Габрово,1982г.,1983г.;

- юбилейных научных сессиях СТУ, София, 1977г. ,1983г.

Результаты исследований доложены и рассматривались на Научно-техническом совете и Научном семинаре отделения "Микроэлектроника" изждународного центра по информатике и электронике.

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертации опубликованы 30 научных трудов, из них 26 научных статей и докладов и 4 авторских свидетельства. По теме диссертации выполнены отраслевой стандарт кремниевых PIN диодов и 10 договорных разработок, в которых автор является научным руководителем.

По СВЧ полупроводниковым приборам, интегральным схемам и устройствам автором выполнены теоретические исследования, конструкторские и технологические работы,разработаны конструктивно-технологические документации,разработаны,исследованы и произведены образцы изделий. Работа выполнялась поэтапно в течении более 20 лет. Вся работа, от постановки эадач до публикации результатов, выполнена автором лично или под его руководством и при непосредственом участии автора.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация содержит введение, 9 глав исследований, заключение, выводы и список литературы.

- 11 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА ¡.АНАЛИЗ СВЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЯСТЕ ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ. СВЧ полупроводниковая электроника развивается в мировой науке с 60-ых годов и процессы ее ускоренного развития происходят в 70-ых и 80-ых годах. В эти периоды происходит процесс поиска и создания полупроводниковых приборов и устройств для замены электронных приборов и устройств с целью улучшения их массо-габаритных показателей и электрических параметров.

Для комплексной миниатюризации отечественных радиоэлектронных систем, РЛС, радионавигационной аппаратуры и систем коллективного приема телепрограмм были необходимы СВЧ полупроводниковые приборы, устройства и интегральные схемы. Новые полупроводниковые приборы для генерации и преобразования колебаний нужны для миниатюризации радиоэлектронных устройств, улучшения их параметров и характеристик Радиоэлектронные устройства и системы новых поколений требуют развития полупроводниковых приборов и улучшения их параметров, что можно достичь на основе планарно-эпитаксиальной технологии с применением диффузии, ионной имплантации, вакуумно-термического испарения или распыления металлов для формирования барьеров Шоттки. Исследование и разработка полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств для генерации и преобразования колебаний СВЧ необходимы для развития комплексной миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры и систем в Р. Болгарии, а т&кже для других стран.

Решение комплексной крупной проблемы создания,исследования и разработки сверхвысокочаЬтотных полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств для генерации и преобразования колебаний для радиоэлектронных систем управления, систем коллективного приема, РЛС и радионавигационной аппаратуры является основной целью диссертации.

В процессах развития существует этапность, связанная с поэтапным и последовательным созданием и исследованием полупроводниковых приборов,интегральных схем и устройств для диапазона СВЧ.

Разработка и исследование полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств производилась по заданиям проектных организаций для достижения требуемых параметров, путем проведения расчетов по физико-электрическим моделям,конструирования конкретных приборов и схем и создания технологии их изготовления.

- 12 -

ГЛАВА 11.1ЮЛУПР0В0ДНИК0ВЫЕ ПРИБОРЫ-С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ АКТИВНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ. [1,2,3,4.5,6] 2.1. ВИДЫ ПРИБОРОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ АКТИВНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ

СОПРОТИВЛЕНИЕМ И ИХ СВОЙСТВА Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводниковых приборов рассматриваемого класса не обладает участком с отрицательным статическим сопротивлением. Необходимое для генерации и усиления СВЧ колебаний отрицательное активное ' динамическое сопротивление получается в результате динамических свойств пространственного заряда подвижных носителей ааряда в переходах при электрическом пробое. Во второй половине 60-тых и в 70-тые годы была показана возможность получения отрицательного активного сопротивления в области СВЧ с помощью безинерционной генерации и инхекции пакета носителей варяда в дрейфовую область.--

Приборы с отрицательным активным динамическим сопротивлением (ОАДС) в зависимости от полевого эффекта для генерации носителей разделяются на: 1. лавинно-туннельные пролетные диоды (ЛТПД); ' 2. туннельно-пролетные диоды (ТЩО; 3. инлекционно-пролетные диоды (ИПД); 4. лавинно-пролетные диоды (ЛПД);5. диоды с бегущим слоем лавинного умножения ; 6. диоды со ступенчатым профилем распределения концентрации легирующей примеси.

К моменту выполнения автором представленных исследований в опубликованных работах детально анализировалась только одна форма электрического пробоя - ударная ионизация и в соответствии с этим приборы, в которых проявляется этот эффект, называются лавинно-пролетный диод и диод с бегущим слоем лавинного умножения. Лавинно-пролетные диоды, в которых проявляется ударная ионизация, исследованы теоретически - Ридом для структуры И+Р1Р+[Л1] и А.С.Тагером- для линейных р-п переходов [J21. А. Л. Захаров построил теорию для тонкого слоя лавинного умножения [ЛЗ].

Туннельному эффекту, как форме электрического пробоя в р-п переходах для генерации и усиления СВЧ колебаний,посвящено небольшое число работ. Возможности создания туннельно-пролетных диодов показаны А. С. Тагером ГЛ2] и R К. Аладинским СЛ4] в линейном приближении при малых сигналах без учета влияния пространственного заряда подвижных носителей заряда. <1изико-электрическую модель ТПД в линейном приближении для малых сигналов необходимо развить

I

прежде всего с учетом влияния пространственного заряда подвижных носителей эаряда и конечных размеров зоны генерации.

Построение нелинейной теории ТПД необходимо для анализа выходных характеристик - электронной и нагрузочной мощности и к. п. д. Теоретические работы по анализу высокочастотных характеристик - проводимости, сопротивления, полезной мощности и к. п. д. -лавинно-туннельньгх пролетных диодов, в которых проявляется смешанная форма пробоя и лавинно-туннельный эффект, нам неизвестны.

Анализ показывает, что отсутствует единая теория пролетных приборов, в которых .проявляется инерционная и беэинерционная генерация носителей варяда, из которой как частные случаи можно получить теоретические выражения для отдельных в^ов пролетных приборов. В связи с указанными соображениями целесообразно рассмотреть следующие задачи:

1. Построить единую модель приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением -в режиме электрического пробоя -для малой амплитуды и большой амплитуды сигнала, учитывая лавинно-туннельный эффект генерации носителей заряда

2. Построить единую модель пролетных приборов с безинерцион-ной генерацией (инжекцией) или инерционной генерацией носителей.

3. Провести анализ высокочастотных характеристик и параметров приборов с ОАДС с учетом влияния пространственного заряда подвижных носителей заряда,влияния полевого эффекта в зоне генерации носителей, типа инерционной и безинерционной генерации (ин-жекдои) носителей в линейном и нелинейном режиме. Исследовать выходные характеристики выходную мощность и к. п. д. генераторов с приборами с ОАДС.

2. 2. ОСНОВНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И ПЕРЕХОДАХ

При слабых электрических полях в полупроводниках преобладает рассеяние носителей на акустических фононах и ионах примесей. Дрейфовая скорость носителей нарастает при малых и средних значениях электрических полей в полупроводниках. При сильных электрических полях в полупроводниках при движении носителей заряда преобладает рассеяние на оптических фононах. Дрейфовая скорость носителей заряда при сильных электрических полях не зависит от поля и находится в области насыщения. ,

В полупроводниках при сильных электрических полях порядка

10 R/см происходит ударная номинации,которая продстпиляет процесс создания носителей. Под действием сильных электрических полей носители ускоряется.накапливают энергию и при достижении пороговой энергии совершают акт ионизации. Процесс накопления энергии носителей описывается дрейфовой и диффузионной теори- 1 ей. Эффективный коэффициент ударной ионизации,который является обобщенным коэффициентом для электронов и дырок,можно записать в виде [смотрите Вул Б. М. . 1956; Келдыш JL R . 19643:

где £.- характеристическое поле при ударной ионизации,

А ,т - коэффициенты, значения которых определяются типом носителей заряда и полупроводника.

Кроме того, при сильных электрических полях могут иметь место в р-п переходах туннельный эффект, смешанная форма пробоя,лавинное размножение туннельных носителей, эффекты термоэлектронной, термоэлектронно- полевой и полевой эмиссии в переходах металл-полупроводник, которые используются как полевые эффекты для генерации носителей заряда.

2. 3. МОДЕЛИ ПРИБОРОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ АКТИВНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ

СОПРОТИВЛЕНИЕМ. [1,4] Приборы с отрицательным активным динамическим сопротивлением представляют собой преобразователи мощности постоянного тока в СВЧ мощность. Принцип их действия можно рассмотреть с помощью пролетной модели,согласно которой каждый прибор состоит из двух областей: зоны генерации и пролетной области. Зоной генерации является область электрического перехода (р-п переход,.переход металл- полупроводник, PNP, MNM и MNP структуры с проколом переходов) ,в которой создаются пары носителей заряда и формируются токовые импульсы. Генерация носителей заряда происходит в областях больших электрических полей под действием полевых эффектов -туннельного эффекта,ударной ионизации,совместного действия ударной ионизации и туннельного эффекта,лавинно-туннельного эффекта, инхекции неосновных носителей заряда, термоэлектронной, термоэлектронно- полевой и полевой эмиссии носителей заряда и др.

В пролетной области перехода носители движутся с дрейфовой скоростью,рапной скорости насыщения у, . Пакеты носителей заряда,

выходящие из зоны генерации,попадают в дрейфовую область,в которой дрейфовая скорость носителей заряда насыщена. Носители заряда движутся в направлении,обратном переменному СВЧ электромагнитному полю резонансной системы и в результате взаимодействия отдсчют свою энергию резонатору. Указанный процесс является результатом запаздывания тока проводимости по отношению к напряжению.

В зависимости от величины угла запаздывания тока от напряжения в зоне генерации приборы можно разделить на приборы с инерционной или безинерционной генерацией (инжекцией) носителей. Величина дефазирования между током и напряжением определяется 1 степенью взаимодействия между токовыми импульсами и электромагнитным полем в резонаторе,а также и электрофизическими параметрами и характеристиками приборов.

На основании уравнений непрерывности для электронов и дырок получено уравнение лавины:

где СОр - лавинная частота,

- время пролета зоны генерации, ^лв, Э/>б ~ плотности обратных диффузионных токов электронов и дырок,

Ург- плотность обратного генерационно-рекомбинационного тока,

От- - плотность обратного туннельного тока. В уравнении лавины (2.2) включены токи,которые при определенных условиях создают лавину в переходах. Уравнение (2.2) является обобщенным уравнением лавины в зоне генерации приборов с ОАДС. 2. 4. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ

АКТИВНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ Исследовано влияние формы электрического пробоя (туннельного эффекта,ударной ионизации и совместного их действия при ла-винно-туннельном эффекте) и пространственного заряда свободных носителей на^статические характеристики приборов с ОАДС,учитывая конечные размеры зоны генерации. Для определения статической вольтамперной характеристики (ВАХ) и дифференциального сопротивления ЛПД, ТПД и ЛТПД используются уравнения Пуассона,соответствующие уравнения для лавинного и туннельного тока.

Получено выражение для статической ВАХ пролетных диодов с

резкими р-п переходами. Анализ дифференциальных сопротивлений Ис1 ЛПД, ТПЛ и ЖГЩ показывает, что значение [?с1 увеличивается с нал-ряжением пробоя при туннельном эффекте и ударной ионизации,но уменьшается в переходной области между ними при их совместном действии и лавинно-туннельном эффекте.

2. 5. АНАЛИЗ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИБОРОВ

С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ АКТИВНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ПРИ МАЛОЙ АМПЛИТУДЕ ПЕРЕМЕННОГО СИГНАЛА. [4] Шсокочастотное сопротивление и проводимость приборов с ОАДС исследуются при малом сигнале в линейном режиме, когда отношение между амплитудой переменного сигнала и постоянным напряжением << 1, Соотношения между величинами, описывающими процессы, являются линейными. _ ч

Анализ свойств и параметров туннельного эффекта,ударной ионизации, термоэлектронной эмиссии и инжекции неосновных носителей показывает, что для приборов с ОАДС можно создать единую электрофизическую модель.

Приборы с ОАДС можно рассмотреть с помощью пролетной модели, согласно которой область пространственного заряда с шириной V разделяется на зону генерации с шириной и пролетную зону с шириной Уг . Относительные размеры зоны генерации и пролетной области равны соответно - 8У и Чт - (1 - 8)У , где параметр в зависит от степени локализации генерации электронно-дырочных пар или инжекции носителей в переходе и 0 <6 <1 . Значение параметра в зависит от вида полевого эффекта (формы электрического пробоя, термоэлектронной эмиссии или инжекции носителей) и определяется для каждого конкретного типа пролетного прибора.:

Для определения высокочастотной проводимости и сопротивления приборов с ОАДС будем исходить из систем уравнений,включающих уравнение полного тока,уравнение Пуассона и специфические уравнения полевых эффектов : лавинное уравнение лавинно-туннель-ного эффекта для лавинно-туннельного пролетного диода;уравнение туннельного тока для туннельно-пролетного диода; уравнение термоэлектронной эмиссии и уравнение инжекции неосновных носителей заряда для инжекционно-пролетного диода. Указанные системы уравнений решаются при малой и большой амплитудах переменного сигнала, описываемые соответственно линейной и нелинейной моделями приборов с ОАДС.

Из указанной системы уравнений в линейном приближении для

полного сопротивления приборов с ОАДС,которое состоит из активного и реактивного Хх сопротивления, получается:

¿V '/А, +ХС) ,

где

*0(е-т¥-шехв) * хв (ж/?в -

п _.__ ;

, ¿¿псиТ /-саз и/Г

*х-*с К-Ш- [г.4)

В выражениях (2.3,2.4) ^ и Хд -соответственно активное и реактивное сопротивление зоны генерации, ~ Реактивное

сопротивление,обусловленное барьерной емкостью перехода (р-п перехода или перехода металл-полупроводник ).

Для параллельной эквивалентной схемы полная проводимость пролетного прибора У^ представляет ¡комплексную величину

Полная активная и р'еактивная ^ проводимости пролетного прибора равны:

о о О /п Мл си? 1 /-смсиГ

где Ве- активная и реактивная проводимость зоны генерации, ВсжшС - реактивная проводимость,обусловленная барьерной емкостью перехода.

Определяя зависимости сопротивления ^Ад+уХд или проводимости +¿£¡0 зоны генерации от параметров структуры для каждой конкретной формы полевого эффекта (лавинно-туннельного эффекта, туннельного эффекта, ударной ионизации, инжекции неосновных носителей,термоэлектронной,термоэлектронной полевой и полевой эмиссии носителей) с помощью соотношений (2.3-2.6) в линейной

модели можно получить выражения для полного сопротивления или полной проводимости Уц, соответствующего прибора с ОАДС.

ГЬлучены выражения для полного активного и решстивного сопротивлений лавинно-туннельного пролетного диода,в котором существуют одновременно туннельный эффект и ударная ионизация:

В выражениях использованы следующие обозначения:

„г 2 /дИ ^ , дУг V' ог аг ог Аг

/о ¿<Ъси*7%0 Ч, 2 (2 9)

Полные активная б^^и реактивная В114Т проводимости ЛГПД описываются выражениями:

Коэффициенты ¿7, и 4 являются функциями пролетных углов ЛГПД.

Проведен теоретический анализ кремниевого резкого перехода с напряжением пробоя - 7 В и концентрацией примеси Мл-1.10 см"'' ,в котором проявляется лаьинное размножение туннельных носителей при критическом напряжении ¿/^ > 3 Е На рис. 2.1 изображена зависимость абсолютного значения отрицательной активной проводимости |£мг) от пролетного углая^ для кремниевого диода.в котором проявляется лавинно-туннельный эффект:

-гё"0'7 • ^-2.10* А/смг, 2) 4-1, ^- 1.10* А/см' . 3) -^-1.3 , ^-4.10* А/сма, 4) 1,5 , ^ - 1.10* А/см'.

Зависимость абсолютного значения отрицательного активного сопротивления от пролетного угла сиТ^ для кремниевого ЛГПД представлена на рис. 2.2, при этом кривые 1,2,3 и 4 соответствуют значениям напряжений и токов, указанных для рис.2.1. Как следует из рис. 2.1 и рис. 2.2,при возникновении лавинного размножения происходит расширение частотного диапазона (кривые 1-3), который после этого сужается (кривая 4) под действием пространственного варяда подвижных носителей при увеличении плотности тока.

На рис. 2.3 изображена зависимость абсолютного значения собственной добротности 10.олг| от внешнего напряжения ¿/а при пролетном угле ¿б^-1,25-Г для германиевых ЛГ1Щ (кривая 1) и кремниевых ЛГПД (кривая 2).Абсолютное значение собственной добротности I @0АТ I быстро уменьшается в результате увеличения активного сопротивления с нарастанием внешнего напряжения.

Проведен теоретический анализ высокочастотных характеристик туннельно-пролетного диода,инжекционно-пролетного диода и лавин-но-пролетного диода при малой амплитуде переменного сигнала. Туннельно-пролетный диод и инжвкционно-пролетный диоды являются приборами с практически безинерционной генерацией и инжекцией носителей заряда Туннельный эффект в области СВЧ практически без-инерционен и в результате этого изменения туннельного тока следуют мгновенно за изменениями напряженности электрического поля.

Получены выражения для полной проводимости полного

сопротивления ¿ых пролетных приборов с безинерционной генерацией (инжекцией) носителей (ТПД.ИПД) в линейной модели. Исследованы полные проводимости,сопротивления и эквивалентные схемы ТГЩ, ИПД и ЛПД в соответствии с линейной моделью при малой амплитуде переменного сигнала На рис. 2. 4 изображена зависимость абсолютного значения активного сопротивления I от угла пролета ¿(/Гц, ИПД.

2. 6. НЕЛИНЕЙНЫЙ АНАЛИЗ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИБОРОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ АКТИВНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ПРИ БОЛЬШОЙ АМПЛИТУДЕ ПЕРЕМЕННОГО С^НАЛА. НЕЛИНЕЙНАЯ МОДЕЛЬ ПРИБОРОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ АКТИВНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

л

Исследуются высокочастотная проводимость и сопротивление, быходная мощность и к. п. д. при большой амплитуде переменного сигнала приборов с ОАДС - ЛТПД, ТГЩ, ИПД и ЛПД.

Для получения в нелинейном режиме высокочастотных характеристик ЛТПД используются уравнение лавины (2. 2).уравнение полного тока и уравнение баланса электрического поля в области пространственного заряда.

Согласно пролетной модели диодов, состоящих из зоны генерации и пролетной области,уравнение плотности полного тока имеет вид: ^

■ иИ-шТ ' (2.12)

Уравнение баланса электрического поля в области пространственного заряда при большой амплитуде сигнала имеет вил:

Си* <о{-соГ

(2.13)

где Е0 и и0 - компоненты напряженности постоянного электрического поля и напряжения.

■ При смешенной форме электрического пробоя в зоне генерации формируется ток, который содержит туннельную лавинную.^/^

компоненты плотности тока:

(2.14)

Параметры ¿7 и £ определяют степень нелинейности режимов туннельного эффекта и лавинного размножения.

Решая совместно уравнения (2.2,2.12-2.14) методом гармонического анализа,-для полной активной реактивной ¿^^-проводимости ЛТПД получаются следующие соотношения для перЕой гармоники колебаний:

- С1* ~

сч»

В соотношениях (2.15,2.16) Н| представляет выражение:

а> *

(2.17)

В выражениях для полной активной и реактивной ^^проводимости ЛТПД введены обозначения:

ЛЛеиШШ гб/ -л/ -Г ^ . (2.18)

Здесь 1д , ]/ модифицированные функции Бесселя нулевого и первого порядка.

В области лавинного размножения туннельных носителей заряда члены,содержащие^исоизмеримы. При относительно, слабых полях,когда Е„< 10*В/см .преобладает пролетный механизм для накопления энергии носителями, ^ и из соотно~

шений (2.15,2.16) определяются выражения для проводимости в нелинейном режиме при инерционной генерации носителей. В области сильных электрических полей (для кремниевых и арсенид-галлиевых диодов

- 23 -

6 5

при Е0 >10 В/см,для германиевых диодов- при Ее >4.10 В/см)

,так как в р-п переходах с малой шириной преобладает туннельный эффект. В этом случай из (2.15,2.16) получаются соотношения для высокочастотной проводимости при безинерционной генерации носителей заряда в контактной области.

Полученные выражения для высокочастотной проводимости дают возможность провести анализ выходной мощности и электронного коэффициента полезного действия СВЧ генератора с ЛГПД. Электронная мощность лавинно-туннельного пролетного диода,вырагеиная с помощью параллельной эквивалентной схемы,равняется:

Ре= ~-Т . (219)

Нагрузочная мощность СВЧ генератора с ЛГПД определяется выражением:

20)

где бг -нагрузочная проводимость,

<Ьр -активная проводимость объемного резонатора, 65 -проводимость высокоомной области диода. При. переходе от лавинного размножения к туннельному эффекту частота генерированных колебаний увеличивается, а полезная мощность уменьшается. В переходной области плотность полезной мощности,которую СВЧ генератор передает нагрузке,порядка 10 * -10* Вг/скЯ

Электронный коэффициент полезного действия равен:

Ре Зеои0 г Ш/

+ Гу 2Ш /-ша/Т у ¿Ш'Ао*

' (2.21)

где плотность постоянного тока диода

В переходной области электронный к. п. д. диода с резким р-п переходом практически 'Может принимать значения от 10£ до 48Х, а с линейным р-п переходом - до 38%. При ~ -1 и 6-0 максимальный электронный к. п.д. ЛТПД изменяется в диапазоне 21-60% при

- ?л -

переходе от безинерционной к инерционной генерации носителей для оптимального угла пролета Ж^шТ¿¿Ж

В результате сочетания инерционного процесса лавинного размножения и безинерционного туннельного э^екта получается увеличение выходной мощности и к. п. д. в сравнении с ТПД и уменьшение шума при генерации СВЧ колебаний по отношению к ЛПД (смотрите рис. 2.13).

На основании гармонического анализа для последовательной эквивалентной схемы из рассмотренной выше системы уравнений определяются выражения для полного активного К^ат и реактивного сопротивления ЛТГЩ:

В выражениях для полного активного и реактивного Х2АТ

сопротивления ЛТГЩ приняты следующие обозначения:

(2. 25)

Электронная Ре и нагрузочная Рт мощность ЛТПД,определенные

с помощью полного высокочастотного сопротивления,равны:

I

(2. 26)

где Ят - нагрузочное сопротивление,

Яр - активное сопротивление объемного резонатора, Из - последовательное сопротивление диода.

Разработаны алгоритма и программы для ЭВМ для расчета высокочастотных характеристик ЛТ1Щ. Анализ и расчеты проведены для структур с резким и линейным переходами,обладающими различными размерами зоны генерации и напряженности электрического поля в области пространственного заряда для различных полупроводниковых материалов.

На рис. 2.5 представлена зависимость абсолютного значения полного активного сопротивления | от частоты f при норми-

рованной амплитуде сигнала а -3 для: а) кремниевого ЛТЦЦ -1. .£-1,25.10* А/ем* , У/ -1,25.105 А/см* ,

2. У^,6.10г А/см2

3. 7Г-1АЛ03 А/см2

4. Уг-3.5Л03 А/см*

5. Уг-аМю3 А/см2

7а -5. 10* А/СМ.У , ^-4,5.104 А/см * , У/-7. 10* А/см* , УА-9.105 к/си2. Здесь Уги У/ являются плотностями туннельного и лавинного токов; б) арсенид- галлиезого1- ЛТПЛ -

1. У г -5,5.10* А/см* , 1% -4,6.10 А/смг ,

2. Уг -1,2.103 А/см-5 , Ул -1,5. 10*А/см* ,

3. -7Г-2,5.103 А/см* , ^ -6,3.10*А/см* ,

4. Уг -4,7.10- А/см* , '^-З.Ю5 А/см* .

Для германиевого ЛПЕ зависимость авизной проводимости | от частоты / при амплитухе сигнала а-Ъ изображена на рис. 2. 6 для плотностей токоз:

1. УГ"^ А/см*, У/)-103 А/см2 ,

2. Уг -2,3.10* А/см* , Уа -3,9.10^ А/смг ,

3. .7Г -5,6.'"10^ А/см* , -1,5.10* А/смг .

На рис. 2.7 изображена зависимость активной проводимост^ \(яш аосенид-галлиевого .ТГГПГ с: амплитуды переменного сигнала -р- для

Со

плотностей токоз,укаггиньк для рис. 2. 56. Показана область,в которой

с нарастанием тока увеличивается диапазон частот генерируемого переменного сигнала.

Сравнительный анализ для германиевых, кремниевых и арсенид-галлиевых ЛТПД показывает, что большие значения электронной мощности Ре и к. п. д. ре можно получить от арсенид-галлиевых и кремниевых пролетных'приборов из-за более широкого диапазона рабочих температур. Меньшие значения получаются от германиевых диодов в результате меньшего рабочего температурного диапазона, коэффициента теплопроводности и меньшей максимальной напряженности электрического поля. Зависимость электронной мощности Ре кремниевого ЛТПД от амплитуды сигнала при частоте /- 340 ГГц изобра-

жена на рис.2.8. Изменение электронной мощности Ре арсенид-гал-лиевого ЛТПД в зависимости от частоты / при амплитуде сигнала й -3 представлена на рис. 2. 9. Результаты приведены для плотностей туннельного и лавинного токов, которые указаны для рис. 2.5. На рис.2.10 дана зависимость электронного к. п. д. /р^ кремниевых,арсенид-галлиевых и германиевых ЛТПД от амплитуды сигнала ^.Кремниевый ЛТПД при /-340 ГГц, - 7.10УА/смг ,2. Арсенид-галлиевый ЛТПД при /-200 ГГц. ^ -3,4.10 А/см2, !3. Германиевый ЛТПД при /-140ГГЦ, 'JA -1,4.104 А/смг.

Перспективными полупроводниковыми'материалами для получения высокой выходной мощности при генерации и усилении СВЧ колебаний являются SIC, БаР и др. .которые обладают более широким диапазоном напряжений лавинного размножения туннельных носителей заряда благодаря более широкой запрещенной зоне полупроводника.

С помощью туннельно-пролетных диодов можно генерировать и усиливать колебания в миллиметровом диапазоне волн,освоение которого связано с развитием космической электроники и СВЧ радиоэлектронных систем. Пролетные диоды с переходами металл-полупроводник обладает новым сочетанием ценных свойств. Этот класс пролетных диодов характеризуется безинерционной генерацией (инжек-цией) носителей заряда,которые дрейфуют 'в области пространственного заряда с постоянной скоростью под действием сильного электрического поля.

По методу гармонического анализа получены выражения для полной проводимости ТПД и ИПД для параллельной эквивалентной схемы:

M

'Dm cri

27 -J^watL

ьо m ¿¿ÛJûosso ш /,Г/Ърас 2 5

6Û /00 m /sa^a ¿w/ггц

so /00

Рис. г 6

OOj~~0lüTújGJ £/¿g

Рас ¿Г

o m /40 /¿О гго ¿óО /ГГц Рас. г 9

Рис.г/я Рис.г//

Ре/с Я/bc¿/3

где активная Gwгl и реактивная Вггх проводимости равны:

(2.27)

Ощ ®г//' л. ^ , ^ .,аГ-имГГ

(2. 28)

Электронную мощность Ре, нагрузочную мощность Рт и электронный к. п.д. ре можно проанализировать с выражениями (2.192.21). Полупроводниковые структуры, для которых можно получить максимальные значения к. п. д., являются стуктуры с очень малыми значениями параметра 0. Указанную цель можно достичь,используя резкий р-п переход или переход металл-полупроводник.

Важной проблемой ТПД является отвод тепла. Малые значения плосадей поперечного сечения (МО**- 10* смг ) и высокие плотности порогового тока генерации С — Ю-5" - Ю^А/см^ ) значительно усложняют отвод тепла

Полное активное и реактивное сопротивления про-

летных диодов с безинерционной генерацией определяются соотношениями:

Р - / ¿т^д

-ас ' "/"'"йтйг/'

(2.29)

- У АтЪгЮ Га Ф ЬУп+^мТ) _

\&с ас ^"^¿ЩГ>

а>Т»> // "(2.30)

;1з приведенных выше выражений при и можно

получить выражения для полного активного и реактивного сопроти-

- 30 -

влений пролетных диодов при малом сигнале.

Полученные соотношения справедливы для пролетных диодов с безинерционной генерацией носителей. Особенность качдого типа диодов состоит в специфической зависимости тока от напряжености электрического поля.'

На рис. 2.11 ' изображены зависимости абсолютных значений активного сопротивления | ^А кремниевого ТПД от амплитуды переменного сигнала а для плотностей туннельного тока: 1.^-5.10^А/см^

2. ^T-iC^A/CM* , 3. -Х- 5.105 А/ci/ , 4. Уг- 10^" А/см2 .

S-fQsart

С увеличением амплитуды сигнала, инерционность диодаyffi/a) ■

нарастает,что изменяет характер активного сопротивления - его значение R^ становится положительным.

Приведены результаты анализа выходной мощности и к. п. д. кремниевого ТПД с резким р-п переходом. Приняты следующие значения параметров: 5 В, Зт-Ь. 10й" к/си2, f-10 сек. ,9 -0,1. Анализ произведен для оптимальной частоты ^S/ ■ Зависимость выходной мощности от амплитуды переменного сигнала ^ и доброт- •

ности Qp резонансной системы приведены на рис. 2.12, где: 4- штри-, ховая линия представляет зависимость электронной выходной мощности Pefa/^jj, непрерывные линии представляют зависимости нагрузочной выходной мощности яля: l.Qp -120 , 2. Qp -250,

3. Qp -450 . Для ТПД с площадью поперечного сечения перехода

-6 2

~10 см абсолютные значения выходной мощности могут составить десятки и сотни милливатт, что приемлемо для большого числа практических применений.

Зависимости электронного к. п. д. fe от угла пролета ¿ü~f изображены на рис.2.13 для ТПД (1) и ЛПД (2). Учитывая, что в ТПД амплитуда напряжения при генерации ограничена условием ¿¡г^О.6, то для 9 * 0 к. п. д. может быть /ре - 107.. Для сравнения здесь приведены данные для p^/wi') ЛПД.

В ИПД со структурами металл-полупроводник-металл,р-п-р и п-р-п при приложении напряжения между напряжением смыкания ¿/е и напряжением охватаUsfi/g^tl/g) происходит инфекция неосновных носителей заряда в пролетную область.

Для структуры м-п-м при Ил< И < И^ параметиы а и jß равны

И £ ~/ват ,

aT/Vj, Jr кГеиЛЬ {2 31)

где N,, - концентрация докорных примесей в полупроводнике.

Он'а^д

/¡-л Ъ-PÍ.

£ 7 ¿ 9 Sû S/ '3S/7Ú S Г S â SS /J//V¿<

Ас гРжл/s *

Ûrt-CAf*

^ 7 'gift /0

0 4

Pf/7SrP¿/:/Úrr4

I

s s¿ s¿- ¿va ¿? 4> s /г ss а

а лс, ^jr,

v a-/û

/ •

SÛ

fp-ñ -p Si [/fS] prtjetya'//?

/>-/>-,vJ/t û-Sû

6 7 ¿ g ?a // ¿? sj^/T« ¿ ? г <? ss sj sr/Ts P&CtP./S -> ^ V

При анализе высокочастотных характеристик пролетных диодов с безинерционной инжекцией для параллельной эквивалентной схемы справедливы соотношения (2.27,2.28), а для последовательной эквивалентной схемы -соотношения (2.29,2.30) такие же, как при безинерционной генерации носителей.

Разработаны алгоритм и программа для машинного анализа высокочастотной проводимости,сопротивления,электронной Ре и нагрузочной Рт мощностей и электронного к.п.д. ИПД. Параметры для машинного анализа высокочастотных характеристик для структуры п-р-п, р-п-р и симметричной структуры Р1-полупроводник-Р1 приведены в табличном виде.

Зависимости абсолютных значений активных проводимостей от частоты /для п-р-п и р-п-р кремниевых и для п-р-п арсенид-галлиевых ИПД приведены на рис.2.14 для крутизны-¿г -10 (2. 31). На рис. 2.15 показаны зависимости активного сопротивления |<^-|от частоты / для ИПД со структурой РЬ-п31-Р1 при О. -10 и Р1-пОаАз-Р1 при а -9.

Амплитудные зависимости абсолютных значений активной проводимости для п-р-п и р-п-р кремниевых и п-р-п арсенид-галлие-вых ИПД представлены на рис. 2.16 при оптимальной рабочей частоте. Амплитудные зависимости абсолютного значения активного сопротивления | ИПд со структурами Р1-п51-Р1 и Р1-п6аАз-Р1 представлены на рис. 2.17 для оптимальных рабочих частот. Зависимости электронной мощности Ре от частоты Г для пяти типов ИПД,полученные с помощью машинного анализа на ЭВМ, изображены на рис.2.18 при О. -10 для кремниевых и О. - 12 для арсенид-галлиевых ИПД.

Видно, что электронная мощность Ре арсенид-галлиевых ИПД больше мощности для кремниевых диодов, так как первые генерируют при большей амплитуде переменного сигнала. На рис. 2.18 нанесено экспериментальное значение Ре- 10-22 мВт для кремниевого ИПД со структурой р-п-р [Л5], подтверждающее правильность теории.

На рис. 2..19 показана частотная зависимость электронного к. п. д.при оптимальной амплитуде переменного сигнала ¿7-10 для кремниевых и а - 12 для арсенид-галлиевых ИПД. В работе С Л53 для кремниевого ИПД со структурой р-п-р получено экспериментально значение к. п.д. ~ 0,5% при частоте генерации 10 ГГц, которое находится в соответствии с проведенными теоретическими исследованиями. Самое высокое теоретически определенное значение электрон-

ного к. п. д. для ИПД составляет 21X, когда ширина зоны инжекции и

бесконечно мала и - ^ -1. С учетом конечных значений ширины зоны инжекции У^ и амплитуд переменных напряжений экспериментальный электронный к. п. д. может достигать до 5-101. В ИЦЦ,однако,уровень шума ниже по сравнению с уровнем шума для ЛПД.

Разработана теория, методы моделирования и проектирования нового класса полупроводниковых СВЧ приборов для работы на более высоких частотах с отличным технико-электрическим сочетанием параметров.

ГЛАВА III. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ С ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТЫй

[7,8,9,10,11,Л11.Л133 3.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГОЛУПРОВОДНШЮВЫХ ПРИБОРАХ

С ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТЫй Полупроводниковые приборы с переменной емкостью используются как управляемая нелинейная реактивная проводимость. Роль нелинейной емкости может выполняться емкостью р-п перехода, перехода металл-полупроводник и м-д-п перехода, значение которой зависит от приложенного напряжения. К моменту выполнения автором работы были известны варакторы и варикапы,изготавливаемые на базе сплавной и диффузионной технологии. Совершенствование диффузионных ва-ракторов и варикапов и создание варакторов и варикапов с ионно-имплантированными р-п переходами позволило автору существенно улучшить совокупность электрических параметров этих приборов (граничная частота, коэффициент изменения емкости, добротность,последовательное сопротивление и др. в 1,5 - 2 раза).

Приборы с переменной емкостью анализируются и исследуются в СЛб,Л7,Л8].В СЛб] рассмотрены различные типы управляемых полупроводниковых емкостей (конденсаторов)- диффузионных,сплавных и выращенных из расплава переходов, основные параметры варикапов, характеристики и эквивалентные схемы варикапов,а также основные режимы работы варикапов в электрических схемах. В [Л7] описаны варакторы с диффузионными р-п переходами. Число публикаций о варак-торах с ионно-имплантированными р-п переходами ограничено, при этом нигде не приведены данные об их конструктивно-технологических и электрических параметрах и характеристиках.

Для разработки полупроводниковых гетеродинных генераторов с перестройкой частоты,полупроводниковых преобразовательных устройств для РЛС,радионавигационной апаратуры и СВЧ радиозлектрон-

пых систем необходимы приборы с переменной емкостью. Учитишы выше изложенное, целесообразно:

1. Разработать и исследовать приборы с переменной емкостью: варакторы и варикапы с диффузионными и ионно-имплантированными р-п переходами. ^

2. Исследовать и привести основные характеристики и параметры разработанных'приборов с переменной емкостью. Исследовать зависимости между их конструктивно-технологическими и электрическими параметрами.

3.2. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Приведены основные зависимости емкостей р-п перехода,перехода металл-полупроводник и м-д-п перехода,а также рассмотрены режимы работы диодов с переменной емкостью. Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) диода с р-п переходом при обратных смещениях (в режиме номинального возбуждения ) описывается выражением:

где минимальное значение барьерной емкости,соответствую-

щее напряжению пробоя И^ , Г - показатель нелинейности ВФХ, и.к - контактная разность потенциалов, Сс - емкость корпуса

Значение У зависит от распределения примесей и определяется технологией изготовления р-п перехода Для плавного р-п перехода У« 1/3 ,для резкого р-п перехода - У= 1/2 , для сверхрезкого ]>п перехода- 1(> 1/2. Приведены эквивалентные схемы диодов с переменной емкостью и анализированы особености диодов с р-п переходом, переходом металл-полупроводник и м-д-п переходом.

Диоды с переменной емкостью характеризуются следующими параметрами: номинальная емкость Сйпот , коэффициент изменения емкости

, напряжение пробоя , последовательное сопротивление и максимально допустимая мощность рассеяния Ртах.

Для оценки эффективности преобразования, которое можно осуществить диодом с переменной емкостью, используются параметры:

С ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТЬЮ

(3.1)

граничная частота \~(0 .добротность Qd , критическая частота t> и динамическая добротность QÄ .

3. 3. ВАРАКТОРЫ

Варакторы представляют собой диоды с переменной емкостью,которые используются для электронной перестройки частоты резонансных контуров и умножения частоты. В варакторах могут использоваться полупроводниковые структуры с р-п переходом, переходом металл-полупроводник и м-д-п переходом. Среди перечисленных выше приборов ьаракторы с р-п переходом имеют наивысшую надежность и воспроизводимость параметров и характеристик. Поэтому они имеют наиболее широкое практическое применение.

Для частот от 1 ГГц до 26 ГГц применяются в основном кремниевые варакторы,которые позволяют работать на более высоких уровнях мощности при преобразовании колебаний по сравнению с варакто-рами на основе других полупроводников. Использование кремниевых приборов позволяет перекрыть широкий диапазон рабочих частот - от 0,5 ГГц до 26 ГГц, верхняя граница которого определяется физическими ограничениями кремния. При выборе структур варакторов учитываются требования к напряжению пробоя.коэффициенту изменения емкости, последовательному сопротивлению и термическому сопротивлению.

3. 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРАКТОРОВ С P-N ПЕРЕХОДАМИ

Процесс разработки варакторов для конкретной области применения состоит в оптимизации их параметров для получения высокой эффективности преобразования и максимального уровня преобразуемой мощности. Рабочий частотный диапазон определяется величиной реактивного сопротивления ( емкости) варактора, а значение выходной мощности зависит от минимального напряжения пробоя и термического сопротивления.

Разработана методика моделирования, анализа и проектирования варакторов. В результате оптимизации конструктивно-технологических параметров были разработаны варакторы для диапазона 1-18 ГГц. Структура кремниевого планарно-эпитаксиального варактора изображена на рис. 3.1а. На низкоомной N кремниевой подложке с удельным сопротивлением 0,002 Ом см выращивается высокоомный N-эпи-таксиаяьный слой с удельным сопротивлением Jj -0,6-3 Ом. см и толщиной 1,-6-12 мкм. Формирование р-п перехода осуществляется с помощью двухэталной диффузии бора в N -эпитаксиальном слое и имеет толщину ж,- — 3 мкм. Омический контакт к Р-диффузионному слою создается с помощью термического или электронно-лучевого испарения ме-

таллоп, которые термообрабативаются для улучшения адгезии слоя металлизации. Распределение концентрации примесей I ил(х) - 1 н пла-нарно-эпитаксиальном варакторе с диффузионным р-п переходом показано на рис. 3. 16. Кристалл варактора монтируется в СЕЧ моталло-керамическом корпусе,в котором улучшение отвода тепла достигается с помощью медного кристаллодержателя. Эмиттерный вывод делается с помощью термокомпрессии золотой проволоки диаметром 25 - 40 мкм. Используемые СВЧ металло-керамические корпуса типа F27d и керамические корпуса типа МН-4 обладают емкостью Сс -0,2 пФ.

При конструктивно-технологическом проектировании и разработке планарно-эпитаксиальных кремниевых варакторов проведено экспериментальное исследование зависимости емкости Cd и коэффициента изменения емкости J* от конструктивно-технологических параметров полупроводниковой структуры. На рис. 3.2 дана зависимость емкости варакторных диодов Cd при приложеном обратном напряжении Ug-6B в зависимости от поверхностного сопротивления Rsd диффузионного слоя. Исследование проведено для варакторных диодов для диапазона 8-12 ГГц, при чем разработаны серии диодов с тремя значениями сопротивления N-эпитаксиального слоя J^ -1,6; 3; 4 Ом. см.

На рис. 3,3 изображена зависимость коэффициента изменения емкости - £ '. ^ варакторов для диапазона 8-12 ГГц с удельным сопротивленйем^-эпитаксиального слоя ^ -1,6; 3; 4 Ом. см в зависимости от поверхностного сопротивления Rsd диффузионного слоя. Максимальные значения коэффициента изменения емкости ^-3-5 получаются для варакторов с удельным сопротивлением N-эпитаксиального слоя^-1-3 Ом. см и поверхностным сопротивлением диффузионного слоя Rsd -150-300 Ом/а .Коэффициент изменения емкости- ¿7 вара-кторной структуры (без корпуса) достигает значения б. •шоп&дь р-п перехода определяется необходимой номинальной емкостью варактора.

Разработана серия планарно-эпитаксиальных кремниевых варакторов с диффузионными р-п переходами,состоящая из пяти типов диодов, каждый тип из которых предназначен для работы в определенном частотном диапазоне. Для увеличения рабочей частоты варакторов проводилась оптимизация конструкций,которая показала необходимость уменьшения емкости Cj, уменьшения последовательного сопротивления Rs и увеличения граничной частоты fco . Основные электрические параметры разработанной серии планарно-эпитаксиальных кремниевых варакторов с диффузионными р-п переходами представлены в таблице 3.1.

На рис. 3.4 показана зависимость добротности Qd разработанной серии варакторов от приложенного постоянного обратного напряжения И при частоте переменного сигнала 100 МГц. На рис. 3. 5 приведена зависимость добротности Qd разработанной серии варакторов от частоты приложенного переменного сигнала f при обратном постоянном напряжении Ие=б В. Экспериментальная зависимость граничной частоты ff0 разработанной серии варакторов от приложеного обратного напряжения И показана на рис. 3. G. Варакторы характеризуются с граничной частотой fc0 в диапазоне от 30 до 180 ГГц при 1^-6 В.

При исследовании на надежность разработанных варакторов была испытана выборка варакторов типа 2А3106 с объемом п£-10 шт. при максимальной длительности времени испытания ti-5000 ч. Оценка надежности проведена испытанием варакторов при приложеном обратном напряжении К^ =25 В, при IR«1 мкА и температуре Tj «=125сС. Критерием надежности варакторов является 1ц <1 мкА. Отказы при испытании варакторов отсутствуют.

Ионная имплантация является одним из перспективных технологических методов изготовления варакторов. Способ ионной имплантации, обеспечивающий создание р-п переходов с небольшой глубиной (xj-^1 мкм),позволяет использовать более тонкие эпитаксиаль-ные слои в диодных структурах,что обуславливает уменьшение последовательного сопротивления Rs и улучшение высокочастотных параметров варакторов.

С помощью имплантации ионов бора B^J разработаны шесть типов планарно-эпитаксиальных кремниевых варакторов. Исследованы однократно имплантированные р-n переходы с низкотемпературной и высокотемпературной обработкой,а также двухкратно имплантированные р-п переходы с низкотемпературной и высокотемпературной обработкой.

Свойства планарно-эпитаксиальных ионно-имплантированных переходов зависят от следующих параметров: дозы Ф, энергии Е и температуры ионного легирования, времени и температуры последующей термообработки. Процессы ионной имплантации более гибкие и дают большие возможности для формирования заданных профилей распределения концентрации внедренных примесных ионов. Разработана методика моделирования варакторов, изготовленных методом однократной и двукратной ионной имплантации. Выполнена математическая оптимизация профиля примеси, направленная на получение заданных электрических параметров. Сопоставление диффузионных и имплантированных прибо-

- за -

ров показывает, что для последних граничная частота, коэффициент

изменения емкости и добротность в. 1,5-2 раза выше. Оптимальными

(5 -2

являются дозы в диапазоне Ф-(0,0-5).10 см, энергия имплантации Е- 70-100 юв. .причем соотношение между энергиями первичного Е, и вторичного Ег внедрения составляет 0,5-0,75,термообработка в диапазоне 850-1150°С. Изменением энергии и дозы имплантированных ионов можно получать переходы, различающиеся по распределению примесей в р-п переходах и областях, граничащих с ними. На рис. 3.7а показано распределение примесей \\\д(х)-\ух)\ в варакторной планарно-эпитакси-альной кремниевой р-пп структуре с однократно имплантированным р-п> переходом. Распределение имплантированных акцепторных примесей близ-' ко к распределению Гаусса с глубиной залегания р-п перехода . Для изготовления варакторов с двухкратно ионно-имплантированными р-п переходами существенное значение имеет выбор оптимального соотношения энергий последовательно имплантированных акцепторных ионов, при котором получается максимальный коэффициент изменения емкости. На рис.3.76 показано распределение примесей 11^)-\у/)1 в варакторной планарно-эпитаксиалыюй кремниевой р-пп+ структуре с двухкратно ионно-имплантированным р-п переходом.

Разработана впервые серия планарно-эпитаксиальных кремниевых варакторов с ионно-имплантированными р-п переходами, состоящая из шести типов диодов, электрические параметры которых приведены в . таблице 3.2.

Зависимости последовательного сопротивления Иэ и граничной частоты Гсо разработанной серии варакторов от приложенного обратного постоянного напряжения И приведены соответствено на рис. 3.8 и рис. 3. 9. Граничная частота варакторов принимает значения в диапазоне Г(0 - 50-400 ГГц. Сравнительный анализ высокочастотных па- | рачетров показывает,что варакторы с ионно-имплантированными р-п переходами имеют в 1,5-2 раза более высокие грагшчные частоты,чем варакторы с диффузионными р-п переходами. По споим высокочастотным характеристикам и параметрам варакторы с ионно-имплантщюванными? р-п переходами сравнимы и превосходят варакторы с переходами металл- полупроводник.

3.5. ВАРИКАПЫ

Варикапы используются для электронной перестройки частоты ' . . резонансных контуров и умножения частоты в диапазоне до 1 ГГц. Ва-

Таблица 3.I

И.фантори с. Д11;1фу:1шнтши р-н переходами

Параметр» Типовое обозначение и значения парамет|юь

2А3103 2А3104 2А3105 2АЗЮ6 2АЗЮ7

Рабочая частота^ ГГц 2-6 4-8 6-0 8-12 12-18

Номинальна« емкость 1,4-2,4 0,9-1,5 0,9-1,2 0,7-0,9 0,2-0,5

Су ,нф при Щ =6Н

Напршение пробоя

И^.В при 1^=10 мкА 40 40 40 40 40

Коо<]*1иише1гг изменения емкости а С< Л) . ■г £ {-гов) Наличная частота ¿а ДТц при Ие=6В 1,7 30-80 1,7 30-80 1,7 40-90 1,7 50-120 1,7 70-180

Обрат гшй ток I^гмкА . при И^ = 20В I I ■I I I

Таблица 3.2

Варакторц с ионно-имплантированными р-п перехода!.®

Тип Напряжение пробоя и^.в при 1=10мк4 Номинальная ешсость Су^ЛпФ Рабочая частота /ДТЦ Добротность при =6В и /=100МГц Граничная частота /со ^ при к^=4В

III 45-60 3-5 2-4 450-1200 50-100

112 40-55 2-4 3-5 600-1400 50-110

ИЗ 40-55 1,4-2,4 2-6 650-1450 ■ 60-120

114 30-50 0,9-1,5 4-8 700-1500 70-150

115 30-50 0,7-0,9 8-12 750-1550 80-180

116 30-45 0,2-0,5 12-18 800-1600 95-235

)

4,

пФ /

0.8 0.6 M 0.2

tw

S¿0¿

\ fi* i n

XJ

a)

2.JI*) OM CM S.^'tffM-C*

Pue. 3. /

Lc/mbt

О 00 ¿00 JOO A M Sei' °

Рас. 3.2

/=/ООМГц ¿¿зюг

&3/0S

¿Лз/яз'

J> X; * I à ^ХМ/ГАГ J 5)

¿y? г ja^ C^f

/00 ¿00 JÛO 4>¿w ¿ n

Pac. 3.3

/03 // /о2 //

-¿/ß~J0 -30 -¿0 v27 Рис. 3.4

0 /0.

¿/>3/0/

¿A3/0S ,nr. ¿>/3/¿>S

¿A3/0t ¿J3/03

/о2 TTsffy

/°¿/¿. J.S

рикапы обладают высоким коэффициентом изменения емкости ß и щюйп-вным напряжением МвЛ- 25-30 R Варикапы можно реализовать на основе полупроводниковых структур с р-п переходами,переходами металл-полупроводник и м-д-п переходами. Конструктивно- технологическое проектирование варикапов с р-п переходами аналогично проектированию варакторов. Характерной особеностью в данном случае является необходимость оптимизировать конструктивно-технологические параметры полупроводниковых структур варикапов с целью получить большой коэффициент изменения емкости ß . Исследована зависимость коэффициента изменения емкости ß планарно-эпитаксиальных кремниевых варикапов в зависимости от конструктивно-технологических параметров полупроводниковых структур, метода формирования р-п переходов- диффузией или ионной имплантацией и режима формирования р-п переходов. P-N переходы в диффузионных варикапах созданы с помощью двухэтажной диффузии бора, а в ионно-имплантированных варикапах -с помощью двухкратной имплантации ионов бора В„ при соотношении между энергиями для первичного Е( и вторичного Ел внедрения —--0,5-0,75. Полупроводниковые структуры варикапов герметизированы в пластмассовых корпусах типа С-64.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что максимальные значения коэффициента изменения емкости ß -4-8 получаются для варикапов с удельным сопротивлением N-эпитакси-ального слояу^ -0,5-4 Ом. см и поверхностным сопротивлением диффузионного слоя Rsd -5-150 Ом/а .

Разработаны две серии планарно-эпитаксиальных кремниевых варикапов соответственно с диффузионными и ионно-имплантированными р-п переходами, которые перекрывают широкий диапазон значений номинальной емкости, добротности и напряжения пробоя. Средняя интенсивность отказов варакторов и варикапов 10 1/СС11]. Электрические параметры разработанных варикапов приведены в работах [9,10,113.

ГЛАВА IV. БЬСТЮПЕРЕКЛСЧАХЩЕ ДИОДЫ [12.13,27, Л123 4.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О БЫСТГОПЕРЕКЛШАВДИХСЯ ДИОДАХ Быстропереключающиеся диоды предназначены для коммутации и безинерционного управления (амплитудной модуляции и регулирования фазы) СВЧ сигналов. Принцип действия PIN и M1N диодов основывается на свойстве соответственно р-п перехода и перехода металл-полу-

проводник изменять свое сопротивление при изменении приложенного управляющего напряжения или СВЧ мощности. Это их свойство дает возможность PIN и MIN диодам находить применение в радиоэлектронных системах для создания аттенюаторов, ограничителей мощности, переключателей и фазорегуляторов.

PIN диоды обладают управляемым активным сопротивлением и очень маленькой емкостью, превосходят варакторные диоды и диоды с переходами металл-полупроводник по уровню коммутируемой СВЧ мощности, позволяют осуществлять амплитудную и фазовую модуляцию сигналов СВЧ. Быстродействие PIN диодов сравнительно высоко и время их переключения сравнительно мало. К моменту начала работы не были выяснены физическая модель и статическая ВАХ PIN диодов, а также полное сопротивление PIN диодов при переменных сигналах. Для изготовления переключательных,модулирующих и фазоуправляющих СВЧ полупроводниковых устройств и интегральных схем необходимы PIN диоды. Для этих целей необходимо:

1. Провести анализ физических процессов в PIN диодах, вольт-амперной характеристики и полного сопротивления PIN диодов.

2. Разработать методику проектирования PIN диодов на различные частотные диапазоны сигнала.

3. Разработать PIN диоды для аттенюаторов,модуляторов и переключателей сигналов, технологию их изготовления и исследовать их электрические характеристики и параметры.

4.2. МОДЕЛЬ PIN ДИОДА

В зависимости от степени легирования высокоомного слоя существуют быстропереключающие диоды с PIN, RJ7N и P)>N структурой.

Для того,чтобы определить распределение концентрации носителей заряда в базе и статическую вольт-амперную характеристику PIN диода, исходим из системы уравнений, учитывая специфические свойства PIN диода. Модель построена на том основании, что при прямом напряжении Р+1 переход инжектирует дырки, a N*I переход инжектирует электроны в I-область. Полный ток,протекающий через PIN диод, представляет собой сумму электронной In и дырочной 1р компоненты. В результате решения уравнений получается выражение:

где Is - ток насыщения,который является сложной функцией электрофизических и конструктивных параметров полупроводниковой структуры PIN диода,

(4.1)

£ - заряд электрона.

к - коэффициент Больцмана,

Т - абсолютная температура,

И - приложенное напряжение.

Приведенная модель позволяет определить прямое падение напряжения, электричеркие параметры полупроводниковой структуры PIN диода при заданном уровне тока и оценить их значения. Проведен анализ распределения концентрации носителей заряда в базе PIN диода.

Для определения параметров элементов физической модели PIN диода необходимо решать уравнения непрерывности для концентрации носителей з'аряда в PIN диоде для нестационарного режима. Принимается. что изменения концентрации электронов и дырок во времени, подчиняются синусоидальному закону.

В результате решения уравнений непрерывности для электронов и дырок в PIN диоде при большом переменном сигнале получены выражения для распределения концентрации электронов и дырок в базе PIN диода,падения напряжения на базе PIN диода, полного падения напряжения на PIN диоде и тока.носителей заряда в PIN диоде. Полное сопротивление PIN диода равно:

(4.2)

где напряжение Uf-t) и ток I(i) PIN диода определяются получе- , ными выражениями. Сопротивление PIN диода Zd представляет сложную функцию частоты Ш , постоянного тока 1о диода, амплитуды переменного сигнала и электрофизических параметров структуры. Составлены эквивалентные схемы PIN диодов.

Рассмотрены основные электрические параметры быстропере-кличающихся диодов,которые исследованы для разработанных диодов.

4. 3. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЫСТ РОПЕРЕКЛЮЧАЩИХСЯ ДИОДОВ Основными требованиями,которым должны соответствовать быстро-переключакогиеся PIN и MIN диоды,являются широкий диапазон измене-

ния активного сопротивления, высокая граничная частота Тсо и добротность Q¿ .малая и постоянная с изменением напряжения емкость C¿ .малое последовательное сопротивление Rs . малое прямое сопротивление Rf .малое время переключения Г,высокий уровень управляемой мощности, большое напряжение пробоя KßJp и малое термическое сопротивление Я^.Для достижения хороших высокочастотных параметров PIN диодов необходимо,чтобы сопротивление I слоя было возможно более высоким, а Р+ и. N+ слои -с более низким сопротивлением и меньшей глубиной. Получение малой емкости и малого последовательного сопротивления ставит противоречивые требования к площади S перехода и толщине W базового I слоя диода, в результате чего необходим конструктивно-технологический компромисс.

Быстропереключающиеся PIN и MIN диоды изготавливаются по пла-нарно-эпитаксиальной или меза-эпитаксиальной технологии. Технологические особености изготовления планарно-эпитаксиальных структур PIN и MIN диодов связаны с формированием N+I переходов с помощью получения высокоомных эпитаксиальных слоев оптимальной толщины и тонким переходным слоем 0,3 мкм. Для создания тонких высокоомных эпитаксиальных слоев с очень тонким переходным слоем используется эпитаксия с пиролитической реакцией разложения кремниевого тетрахлорида SiCl4 и силана Sify. Переходы с малой глубиной и заданным профилем распределения концентрации примесей можно получить с помощью диффузии или ионной имплантации бора или фосфора Ионная имплантация,которая позволяет получить лучшую однородность глубины залегания перехода и больший градиент концентрации примесей в ;об-ласти перехода, является особо перспективным методом для создания переходов с очень малой*глубиной 0,2-0,5 мкм.

4. 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ БЫСТРОПЕРЕКЛЮЧАКЩХСЯ ДИОДОВ

Разработаны быстропереключающиеся планарно-эпитаксиальные кремниевые PIN и MIN диоды. В качестве подложки используются ^кремниевые пластины, на которых выращиваются высокоомные эпитаксиаль-ные слои и формируются N+I-nepexoflH. Р+1-переходы созданы диффузией или ионной имплантацией. Представлены профили распределения концентрации примесей 1НА(х)- в планарно-эпитаксиальных PIN диодах, в которых Р4"!-переходы созданы диффузией бора или ионной имп-

лантацией бора MI-переходы быстропереключающихся MIN диодов сформированы термическим испарением или электронно-лучевым испарением VAg, Ni Ag или Al и соответствующей термообработкой. Полупроводниковые структуры PIN и MIN диодов герметизированы в СВЧ метал-ло-керамических корпусах типа F27d. Полупроводниковые структуры PIN диодов с диффузионными Р*I-переходами герметизированы также в пластмасовых корпусах типа С-64.

Разработаны пять типов быстропереключающихся кремниевых PIN диодов 2А5201- 2А5204 и 2Д5641. PIN диоды 2А5201-2А5204 предназначены для переключения и регулирования уровня мощности СВЧ сигналов для дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн и герметизированы в металло-керамических корпусах F27d, керамических корпусах МН-4 и как чипы. PIN диоды типа 2Д5641 предназначены для переключения и регулирования уровня мощности сигналов метрового и нижней части дециметрового диапазона и герметизированы в пласт-масовом корпусе С-64. PIN диоды 2Д5641 для регулирования уровня сигналов антенных усилителей внедрены в телевизионных коллективных антенных системах. Электрические параметры быстропереключающихся PIN диодов представлены в таблице 4.1.

Исследованы электрические характеристики и параметры изготовленных кремниевых PIN диодов. На рис.4.1 изображены вольт-фа-радные характеристики С{(Ю пяти типов разработанных PIN диодов с диффузионными Р+1-переходами. Зависимости активного сопротивления Rf при прямом включении PIN диодов с диффузионными переходами от тока для пяти типов приборов показаны на рис.4.2. С увеличением прямого тока If активное сопротивление PIN диодов уменьшается. Зависимости граничной частоты Гсо от обратного напряжения К для пяти типов PIN диодов изображены на рис. 4.3. PIN диоды с ионно-имплантированными Р+1-переходами обладают меньшим последовательным сопротивлением Rs по сравнению с сопротивлением PIN диодов с диффузионными Р+1-переходами, что является результатом более низкой температуры формирования и меньшей глубины ионно-имплантированных переходов.

Таблица 4.I

Параметры Типовое обозначение и значепия параметров

2Л5201 2Л520Я 2Л5203 2AÍ3204 2Д5С41

Рабочая частота /.ГГц 12-18 8-12 4-12 дм.,см. диапазон 0,01-1

Номинальная емкость С^ , пФ 0,07-0,12 3,12-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,3-0,5

Обратный ток 1я,мкА при ИЛ=10 В <.1 <1 <1 <1

Напряжение пробоя ИВЙ,В при 1,=10мкА 5=80 ^80 »80 5*80 ^50

Время переключения Г, нсек. 12 100 100 100 100-200

Корпус, тип JK-4 F27d ЫЕ—4 P27d МН-4 F27d МН-4 Í27d С-64

2.А56Щ 2А 520$ 2А 5203 2А5202 2A520Í

-4а -го Рис.4./

2А520/.

2А5202. 2A520J 2А52М 2Д564/

/ „ 0 Рас. 4.2

i ГЬ

тсо<

/О3

-м

/0е

Рис.

- 48 -

ГЛАВА V. СВЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ С ПЕРЕХОДАМИ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК [14,15.28]

5.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДАХ С ПЕРЕХОДАМИ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК

Диоды с переходами металл-полупроводник характеризуются высоким быстродействием. Их рабочий частотный диапазон охватывает сантиметровый и миллиметровый диапазоны волн [Л9.Л10]. Они используются в СВЧ устройствах как преобразовательные диоды- смесительные, детекторные, варакторные, переключательные диоды, как генераторные диоды СЛ9].Это определяет интерес к свойствам различных видов переходов металл-полупроводник и их применение для разработки СВЧ полупроводниковых диодов. К моменту начала работы сведения по электрическим свойствам и применению перехода ванадий-полупроводник отсутствовали. В литературе существовали крайне ограниченные сведения по свойствам перехода Ш-пп+31 и поэтому было необходимо его исследовать.

Диоды с переходами металл-полупроводник как СВЧ полупроводниковые приборы находят эффективное применение для смешивания и детектирования сигналов благодаря малому падению прямого напряжения и низкому коэффициенту шума Поэтому диоды с переходами У-пп+51 ,Н1-пп+51,А1-пп+51 являются самыми подходящими для смесительных и детекторных диодов. Ванадий, никель и алюминий имеют хорошие электрические параметры и лучшую адгезионную способность к полупроводникам. В связи с этим целесообразно:

1. Разработать и исследовать СВЧ диоды с переходами У-пгГб!, Ш-пг^ И А1-пл+51.

2. Исследовать их выпрямительные свойства, конструктивно-технологические характеристики и электрические параметры.

5. 2. СВЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ С ПЕРЕХОДАМИ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК. МОДЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Диод с переходом металл-полупроводник представляют собой диод с барьером Шоттки,теория которого создана Шоттки в 1938г. Однако, конструктивно-технологическое изготовление диодов с переходами металл-полупроводник осуществляется в последние годы. Проанализирована модель реального диода с переходом металл-полупроводник. Для диодов с переходами металл-полупроводник измерялась высота потенциального барьера Ф„ и коэффициент неидеальности п. При этом ис-

В

пользовалась модель статических ВАХ реального перехода в соответ-

ствии с теорией термоэлектронной эмиссии и эквивалентная схема диода [Л10]. .

5. 3. СВЧ ПОЛУПРОЮДНИКОВЫЕ ДИОДЫ С ПЕРЕХОДАМИ У-пп^к ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПЕРЕХОДА У-пп+Б1.

Разработаны и исследованы диоды с переходами У-пг^БьДля формирования перехода У-пп+ Б1 используется ванадий с чистотой 99,999%. Для подложки используются предварительно химически обработанные N - кремниевые пластины с эпитаксиальным слоем толщиной 6-10 мм. Напыление ванадия осуществляется с помощью термиче-

-4 -I

ского испарения или катодного распыления в вакууме 10 -10 мм. рт.ст. Впервые созданы диоды с переходом ванадий-полупроводник (кремний) и исследованы их выпрямительные свойства Исследованы ВАХ, ВФХ,ток насыщения 1$0 при нулевом напряжении,высота потенциального барьера Ф, и коэффициент неидеальности п. Экспериментальное исследование показывает наличие малого прямого напряжения для перехода У-пп+31 , что определяет его хорошие электрофизические свойства. Переход У-пп+ имеет высоту потенциального ба- . рьера Ф0 -0,71+ 0,03 эВ и коэффициент неидеальности п- 1,05-1,15, определенные по ВАХ и ВФХ.

5. 4. СВЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ С ПЕРЕХОДАМИ М1-пп+31. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПЕРЕХОДА Ш-т?^.

Переходы Ш-гт*получены с помощью вакуумного термического испарения никеля на кремниевых пластинах с М-эпитаксиальными слоями. Для формирования переходов Ш-пп+51 без диэлектрических'слоев и с воспроизводимыми электрофизическими свойствами проводится предварительная технологическая обработка кремниевых пластин с М-эпитаксиальными слоями. Исследованы ВАХ и ВЕХ переходов Ш-пп+Би Переход т-т^ имеет высоту потенциального барьера Ф^0,70 + +0,03 эВ,коэффициент неидеальности и- 1,04-1,12 и хорошие электрофизические свойства

5. 5. СВЧ ПОЛУПРОЮДНИКОВЫЕ ДИОДЫ С ПЕРЕХОДАМИ А1-пл"5ь ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ СЮЙСТВА ПЕРЕХОДА АЬпг^Б!.

Переходы ДЬт^ изготовлены с помощью вакуумного термического испарения и электронно-лучевого распыления алюминия на кремниевых пластинах с М-эпитаксиальными слоями. Исследования ВАХ и ВФХ показывают хорошие выпрямительные и электрофизические свойства переходов А1-пп+5ь Переход А1-пп+51 имеет высоту потенциального барьера Ф& =0,71+ 0,03 эВ и коэффициент 71 -1,05-1,10.

- 50 -

5. 6. СМЕСИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ С ПЕРЕХОДАМИ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК: V-nn+Si. Ni- nn+ Si, Al- nn+Si. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ СМЕСИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ.

Разработаны смесительные планарно-эпитаксиальные диоды с переходами металл-полупроводник V-nn+Si, Ni-nn+Si, Al-nn+Si и измерены их параметры'И характеристики. Основными параметрами смесительных диодов с переходами металл-полупроводник являются коэффициент шума Гш,коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН) и сопротивление на промежуточной частоте йтч. Для измерения указанных параметров разработаны интегральные тестовые структуры, в которых монтируются смесительные диоды. Приведены блок-схемы установок для измерения коэффициента шума,КСВН и сопротивления по промежуточной частоте. Исследована зависимость коэффициента шума смесительных диодов с барьером Шоттки V-nfi"Si Гш от частоты сигнала ^Измерения проведены при постоянной мощности СВЧ генератора Рх-3 мВт- const. Исследована зависимость коэффициента шума Fw смесительных диодов с барьером Шэттки V-nriSi и Al-nn+Si от мощности гетеродина Рх на. частоте 9500 МГц. Смесительные диоды с барьером Шоттки имеют коэффициент шума 4,5 дБ. Для определения сопротивления на промежуточной частоте Ипч и зависимости сопротивления Ипч диодов V-nn+Si от мощности Р генератора разработана экспериментальная методика.

5. 7..ВАРАКТ0РЫ С ПЕРЕХОДАМИ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК: Y-nn+Si, Ni-nn+Si и Al-nn+Si.

Разработаны варакторы с переходами V-nn+Si, Ni-nn+Sl и Al-nrfSi. Проведен анализ с целью оптимизации конструктивно-технологических параметров структур планарно-эпитаксиальных варакто-ров для получения большого коэффициента изменения емкости при высокой граничной частоте fCB. Исследованы зависимости основных электрических параметров варакторов с переходами V-nn+Si,Ni-nn+Si и Al-nrfSi от конструктивно-технологических параметров полупроводниковой структуры,от частоты переменного сигнала и приложенного постоянного напряжения. Проведены экспериментальные исследования граничной частоты Гсо , добротности Qd и последовательного сопротивления Rs варакторов.

Разработанные планарно-эпитаксиальные кремниевые смесительные и варакторные диоды с переходами V-nn+Si, Ni-nn+Si и Al-nn+Si имеют улучшенные или сопоставимые электрические характеристики по сравнению с известными к началу работы приборами_но отличающиеся отсутствием дорогостоящих материалов и технологических процессов (например золото, платина и др.).

- 51 -

ГЛАВА VI. СВЧ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ.

[1б,17,18,19.20,Л15,Л16,Л17]

6. 1. МИКРОПОЛОСКОВЫЕ ПЕРЕДАЮЩИЕ ЛИНИИ. ВИДЫ И СВОЙСТВА

МИКРОПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЙ. НЕСИММЕТРИЧНЫЕ МИКРОПОЛОСКОВЫЕ

ЛИНИИ

Микрополосковые линии используются в устройствах и система СВЧ благодаря малым массогабаритным показателям,низкой стоимост! и простоте изготовления. Существуют много видов микрополосковых линий. Наиболее распространенными из них являются следующие: симметричные микрополосковые линии, несимметричные микрополосковые линии, связанные микрополосковые линии, копланарные микрополосковы< линии,экранированные микрополосковые линии, микрополосковые лини! с высокой добротностью. Несимметричные микрополосковые линии сочетают преимущества сравнительно более легких методов проектирования, анализа,технологии изготовления и компактности СВЧ устройст:

«I

и систем. Конструкции несимметричных микрополосковых линий выполн; ются как проводящие слои на диэлектрической подложке с высоко! диэлектрической проницаемостью,причем другая сторона вся металлизирована и заземлена. '

В литературе сведения по СВЧ интегральным генераторам огра ничены. Для многих видов изделий практически отсутствуют в литературе данные по методике анализа, проектирования, разработки и технологии изготовления СВЧ интегральных генераторов,которые нео( ходимы для РЛС, космических систем связи и СВЧ радиоэлектронны: систем. В связи с перечисленным целесообразно:

1. На основе несимметричных микрополосковых линий провеет) анализ и проектирование интегральных гибридных генераторов ш основе диодов Ганна с четвертьволновыми (полуволновыми) микропо-лосковыми резонаторами, интегральных генераторов на основе диодо] Ганна с диэлектрическими резонаторами, интегральных гетеродинньг генераторов с варакторной перестройкой частоты и транзисторны: генераторов.

2. Разработать и исследовать указанные виды интегральных

генераторов СВЧ.

6. 2. АНАЛИЗ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБЧ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ГИБРИДНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

СВЧ интегральные генераторы применяются в качестве автогенераторов, гетеродинных генераторов, синхронизированных генераторов и генераторов шума в полупроводниковых приемо-передающих устройствах. Как активные приборы в СВЧ интегральных генераторах используются приборы с отрицательным активным динамическим сопротивлением.

На рис. 6.1 представлена обобщенная эквивалентная схема интегральных гибридных генераторов. Здесь (Ь^л. активная и реактивная проводимость генераторного полупроводникового прибора,вр и Вр-активная и реактивная проводимость микрополоскового резонатора, 6Г' и Вг - активная и реактивная проводимость нагрузки.

Микрополосковые резонаторы интегральных генераторов относятся к резонаторам с полураспределенными параметрами, в которых емкостное реактивное сопротивление является сосредоточенным параметром, а индуктивное реактивное сопротивление является распределенным параметром - открытым или закрытым отрезком микрополоско-вой линии.В зависимости от рабочего частотного диапазона микрополосковые резонаторы разделяются на фиксированные, перестраиваемые и широкополосные. Представлены различные виды микрополосковых резонаторов и их эквивалентные схемы.

Как элемент для согласования и связи между генераторным.полупроводниковым прибором, микрополосковым резонатором и нагрузкой можно использовать четвертьволновые трансформаторы,шлейфы и трансформаторы на связанных микрополосковых линиях. Четвертьволновые трансформаторы являются самыми простыми трансформаторами сопротивлений. На рис.6. 2 изображено согласование микрополоскового резонатора с генераторным полупроводниковым диодом и микрополосковой линией к нагрузке с помощью: а)единичного четвертьволнового трансформатора; б)двойного четвертьволнового трансформатора; в)эквивалентная схема Использованы следующие обозначения: 1- генераторный полупроводниковый диод; 2.-микрополосковый резонатор; 3. -единичный четвертьволновый трансформатор; 4.-двойкой четвертьволновый трансформатор; 5.-микрополосковая-линия к нагрузке.

На рис. б. 3 показано согласование генераторного полупроводникового диода 1,расположенного в конце микрополоскового резона-

- ÍÁ! -

J

в*

и Gr

\3Р

I

к

/ _ Лт) < f g, *

-П

Рис. 6J

4-

/. г *

з

3

~í I Zo/n

cûâ

s

Г

тП

(У77

z0p \a \g

7 I '

'a • \Â

S)

-OCj

& I.

Pi/C. 6.2

a ¿

a / g

i—-—i

Pue. 6.3

6)

- !)•! -

тора 2,1И микрополосковой линии 3 к нагрузке с помощью паралель-ного открытого шлейфа 4 (а) и дана соответствующая эквивалентная схема (б). При согласовании с помощью параллельного открытого шлейфа, последний включается к микрополосковой линии на таком расстоянии 1 от диода,так чтобы были выполнены фазовое и амплитудное условия для генерации интегрального генератора

Создана методика проектирования интегральных генераторов с полупроводниковыми приборами.

6. 3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ НА ОСНОВЕ ПРИБОРОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ АКТИВНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И ДИОДОВ ГАННА

На основе разработанной в п. 6.2 методики спроектированы и исследованы интегральные генераторы с ОАДС и диодами Ганна Нагрузочная мощность и к. п. д. СВЧ интегральных генераторов определяются на основе нелинейного анализа Спроектированы интегральные генераторы с ЛПД при помощи созданной методики с рассмотренными видами мккрополосковых резонаторов. Большое многообразие конструкций микрополосковых резонаторов и элементов для согласования сопротивлений позволяет проектировать и изготовлять большое число различных конструктивно-технологических интегральных генераторов с ЛПД. Проведен анализ и спроектированы интегральные генераторы на основе ЛПД с четвертьволновыми,полуволновыми и круговыми.микропо-лосковыми резонаторами. Получение большей мощности от интегральных генераторов можно достичь суммированием мощностей нескольких ЛПД.

Разработаны и исследованы СВЧ интегральные генераторы с диодами Ганна для 3-см. диапазона Еа рис. 6.4а показана конструкция разработанного интегрального генератора с диодом Ганна,которая содержит:!- диэлектрическая подложка,2-диод Ганна,3-микрополосковый резонатор,4-шлейф,5-емкостная связь,б-микрополосковая линия к нагрузке, 7- частотный фильтр в цепи питания диода Ганна,8-контактная площадка для подачи питания диода Ганна Интегральный генератор с диодом Ганна реализован на диэлектрической подложке из алундовой керамики с диэлектрической проницаемостью ^-9,8 и толщиной 0,6мм или 1,2 мм. Зависимость мощности Р генерации СВЧ сигнала от приложе ного напряжения Ис к диоду Ганна изображена на рис. 6.46. Интегральные генераторы разработаны по тонкопленочной технологии на-несимметричных микрополосковых линиях,причем на алундовых (диэлектрических) подложках наносятся многослойные системы металлизации: Сг-Аи,

Сг- Си, ШСг-М-Си-Ае-Аи, Сг-Си-Аи. Адгезионный слой имеет толщину 30-50 нм и над ним наносится проводящий слой. С помощью фотолитографии формируется топология интегрального генератора. Увеличение толщины проводящего слоя металлизации до 5-10 мкм производится перед фотолитографией или после формирования топологии интегральной схемы.

6. 4. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Интегральные транзисторные генераторы применяются в телевизионной технике, радионавигационных системах, полупроводниковых приемо-передающих устройствах СВЧ радиоэлектронных систем и космических системах связи.

Проведено проектирование, разработка и исследование интегральных транзисторных генераторов на 1-3 ГГц,изготовленных на основе биполярных кремниевых транзисторов. Биполярные транзисторы включены в схеме с общей базой, которая является самой высокочастотной и обеспечивает большую выходную мощность, высокий к. п. д. и стабильность генерированных колебаний. Проведен анализ интегрального транзисторного генератора, который изготовлен по технологии несимметричных микрополосковых линий. Разработанный интегральный транзисторный генератор исследован экспериментально. На рис. 6.5а представлена зависимость выходной мощности генерации Р от эмит-терного напряжения %оэ. На частоте Г - 1,22 ГГц при напряжении Ии -10-20 В выходная мощность достигает Р-10-20мВг. На рис. б.56 изображен частотный спектр интегрального транзисторного генератора с полосой пропускания Л Г-4 МГц на уровне 0,5 Р.

6.5. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РЕЗОНАТОРАМИ

Интегральные генераторы с диэлектрическими резонаторами характеризуются высокой стабильностью частоты, легкой перестройкой частоты и низкими шумами. Диэлектрические резонаторы характеризуются высокой добротностью, малыми размерами и низкой стоимостью. Проведен анализ диэлектрических резонаторов, интегральных генераторов с диэлектрическими резонаторами и их частоты генерации.

Конструкция разработанного интегрального генератора с диодом Ганна с диэлектрическим резонатором для 3-см. диапазона изображена на рис.6. ба,где: 1-диэлектрическая подложка, 2- диод Ганна,3-диэлек-

трический резонатор, 4-микрополосковая линия, 5-реактивный шлейф, б-емкостная связь, 7-микрополосковая линия к нагрузке, 8-низкоча-стотный фильтр,9-контактная площадка для подачи напряжения к диоду Ганна! В качестве диэлектрической подложки используется подложка из алундовой керамики с диэлектрической проницаемостью £¿-9,8 и толщиной 1,2 мм. Зависимость выходной мощности Р генератора от приложеного к диоду Ганна постоянного напряжения "И0 показана на рис. 6.66. При оптимальном режиме работы, для которого "И0 -6-9 В, выходная мощность генератора 8-15 мВт. Интегральный генератор с диодом Ганна с диэлектрическим резонатором обладает температурный коэффициент частоты генерации -50-100 кГц/°С. Высокая стабильность частоты генерации интегрального генератора на основе диода Ганна с диэлектрическим резонатором получается в результате взаимной компенсации температурных изменений резонансной частоты диэлектрического резонатора и реактивной проводимости генератора. 6. 6. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ГЕТЕРОДИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

С ВАРАКТОРНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ В интегральных гибридных генераторах перестройку частоты можно осуществить электрическим или магнитным путем. Электрическая перестройка частоты осуществляется включением варактора в резонансной системе интегрального генератора. Магнитная перестройка частоты осуществляется включением сферы железо-итриевого граната в резонансную систему интегрального генератора

Разработана методика для проектирования и анализа интегральных генераторов с варакторной перестройкой частоты. Разработан интегральный гетеродинный генератор с диодом Ганна и варакторной перестройкой частоты. Использованы диод Ганна ЗА7001 и варактор 2А3106. Интегральный гетеродинный генератор имеет выходную мощность 5-10 мВт и частотную'полосу перестройки 80-120 МГц в частотном диапазоне 8,5-10 ГГц. Интегральный гетеродинный генератор изготовлен по технологии несимметричных микрополосковых линий на алундовой керамической подложке с многослойной системой металлизации, утолщенной до 5-10 мкм.

ГЛАЕА VII. СВЧ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

КОЛЕБАНИЙ. [21,22,Л18] Интегральные гибридные преобразователи СВЧ колебаний как смесители,аттенюаторы и умножители частоты являются важными и необходимыми интегральными устройствами для миниатюризации СВЧ ра-

диоэлектронных систем. Преимущества интегральных преобразовательных устройств по сравнению с объемными выражаются в улучшении их электрических характеристик и параметров, уменьшении коэффициента шума, повышении надежности и микроминиатюризации СВЧ устройств РЛС, радионавигационных и космических систем. В главе седьмой исследованы разработанные СВЧ интегральные преобразовательные устройства- интегральные смесители.аттенюаторы и умножители частоты.

7.1. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ СМЕСИТЕЛИ

Интегральные смесители применяются в интегральных приемниках РЛС, космических системах и радарных устройствам для преобразования принимаемого сигнала из входного устройства и сигнала из гетеродинного генератора в сигнал промежуточной частоты (ПЧ).

Спроектированы и разработаны интегральные балансные смесители с квадратным и круговым СВЧ мостами. Проведен анализ параметров интегральных балансных смесителей, изготовленных со смесительными диодами с барьером Шоттки. Интегральный балансный смеситель с квадратным СВЧ мостом в 3-см. диапазоне обладает коэффициентом шума 5-6,5 дБ, а балансный смеситель с круговым СВЧ мостом имеет коэффициент шума 5-6 дБ.

7.2. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ АТТЕНЮАТОРЫ

Интегральные аттенюаторы используются для конструирования современных РЛС. Предназначены для уменьшения входного СВЧ сигнала до определенного уровня и обеспечения защиты входного низкошумя-щего устройства

Проведен анализ и спроектированы одноэлементный,двухэлементный, трехэлементный и четырехэлементный интегральные аттенюаторы, которые сконструированы с PIN диодами. Представлены эквивалентные схемы одноэлементного и многоэлементного интегрального аттенюатора Разработана методика для анализа интегральных управляемых аттенюаторов.

Анализ управляемых аттенюаторов производится с помощью матриц передачи L Т1 и матрицы рассеяния [S], при помощи которых определяются их параметры. Основными параметрами интегральных управляемых аттенюаторов являются коэффициент передачи t ,коэффициент отражения Г и коэффициент поглащения Н. Коэффициент передачи t .коэффициент отражения Г и коэффициент поглощения Н определяются с по-

мощью элементов матрицы передачи Ш и матрицы рассеяния ранениями:

[S] вы-

(7.1)

<■// ' " «7/ '

На рис. 7.1 изображены эквивалентные схемы управляемых инте-

гральных аттенюаторов: а)двухэлементный, б)четырехэлементный. В эквивалентных схемах 9=-^—£

str>

электрическая длина,соответству-

ющая расстоянию { от микрополосковой линии, - длина волны в микрополосковой линии, у - нормированная полная проводимость PIN диода,Yo -волновая проводимость микрополосковой линии. Матрицу передачи управляемого двухэлементного аттенюатора ["р можно определить как произведение матриц передачи частей 50-омной микрополосковой линии и паралельно-включенных PIN диодов:

Ш-

w

О

-ш

О ?

А

■й у М 2 1~ 2

& 2 е 0

в ¿» Уг 2 jlM 7 2 0 г*

(7. 2)

Анализ интегрального управляемого двухэлементного аттенюатора показывает следующие параметры: КСВН ¿1,5 .коэффициент ослабления в режиме пропускания 0,5-1 дБ, коэффициент ослабления в режиме отражения ^50-60 дБ и ширина частотной полосы 800-1000 МГц при рабочей частоте 9500 МГц.

Аналогичным образом составляется матрица передачи [Т4] для управляемого четырехэлементного аттенюатора. Анализ интегрального четырехэлементного аттенюатора показывает следующие параметры: КСВН ¿1,25,коэффициент ослабления в режиме пропускания 1>0,5-1 дБ, коэффициент ослабления в режиме отражения И> 80 дБ и ширина частотной полосы 1500 МГц при рабочей частоте 9500 МГц.

7. 3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ УМНОЖИТЕЛИ

Умножители частоты являются основными блоками СВЧ радиоэлектронных устройств и систем для получения более высокочастотного стабилизированного сигнала. В РЛС и СВЧ радиоэлектронных системах они выполняют функции опорных и задающих генераторов. Интегральные умножители частоты состоят из входного фильтра, активного полупроводникового прибора, выходного фильтра, цепи для подавления пара-

- Г.0 - '

зитннх гармоник и цепи питания. Проведен частотный анализ интегрального умножители,который содержит гармоники с ут(юенной и учетверенной частотами. Спроектированы и исследованы интегральные утро-ители и учетверители частоты с варакторными умножительннми диодами.

ГЛАВА VIII. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УСТРОЙСТВА.

[23,24,25,26,29,30,31,Л14,Л18]

Представлены результаты разработки и исследования СВЧ полупроводниковых устройств: генераторов с лавинно-пролетными диодами,1 генераторов с диодами Ганна, гетеродинных полупроводниковых генераторов и управляемых широкополосных аттенюаторов. Указанные устройства предназначены для радиолокационной и радионавигационной техники,портативных радарных устройств и систем сигнализации.

8. 1. ГЕНЕРАТОРЫ С ЛАВИННО-ПРОЛЕТНЫМИ ДИОДАМИ

Генераторы с ЛИД, ИЩ и ЛГПД можно изготовить с волноводныы, коаксиальным и волноводно-коаксиальными объемными резонаторами. Разработка и исследование указанных СВЧ полупроводниковых генераторов предназначены для систем сигнализации,доплеровых систем,ра- . диолокационных и радионавигационных систем. Представлены конструкции генераторов с ЛПД для сантиметрового и миллиметрового диапазонов. При проектировании генераторов произведено согласование отрицательного активного сопротивления ЛПД с активным сопротивлением объемного резонатора. Разработаны генераторы с гер»,ениевыми ЛПД с выходной мощностью до 10 мВт в 3-см. диапазоне и с кремниевыми ЛПД с выходной мощностью 160 мВт в 3-см. диапазоне. Исследованы характеристики и параметры генераторов с ЛПД.

8. 2. ГЕНЕРАТОР С ДИОДОМ ГАННА

Генератор с диодом Ганна (ГДГ) представляет собой объемную конструкцию с дополнительным стабилизирующим резонатором,при этом диод Ганна установлен в основном объемном резонаторе. С помощью дополнительного резонатора в конструкции генератора достигается, стабилизация генерированных колебаний. Резонансная система ГДГ конструируется таким образом,чтобы обеспечить согласование активного сопротивления диода Ганна, объемных резонаторов и нагрузки,а также компенсировать реактивные компоненты соответствующих элементов. Разработанный генератор предназначен для генерирования СВЧ колебаний средней мощности и поэтому корпус изготовлен с оребреной структурой,чтобы рассеять выделяющееся тепло. Число ребер N опре-

деляется мощностью Р,которую должен рассеять ГДГ, удельной мощностью, которую может рассеять материал, активной плоашыо одного ребра и взаимным расположением ребер. В генераторе с Диодом Ганна для 3-см. диапазона используется диод Гшша ЗА7001 и генерирована мощность Р - 150-160 мВт на частоте 9-10 ГГц. Исследованы основные характеристики и параметры ГДГ для 3-см. диапазона. 8. 3. ГЕТЕРОДИННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ГЕ1ЕРАТ0РЫ В приемниках современных PJKJ одним из основных устройств является гетеродинный генератор. Гетеродинный генератор предназначен для генерации сигналов с частотой, отличающейся от частоты РЛС на вначение промежуточной частоты.

Разработаны и исследованы два типа гетеродинных полупроводниковых генераторов (ГПГ) с диодами Ганна и варакторной перестройкой частоты для 3-см. диапазона-гетеродинный полупроводниковый генератор с коаксиальным выводом и гетеродинный полупроводниковый генератор с волноводным выводом электромагнитной энергии. Ге-1 нератор второго типа характеризуется линейным изменением частоты при варакторной перестройке и слабым изменением выходной мощности. •Построены эквивалентные схемы ГПГ и проведен анализ их характери-. стик и параметров. ГПГ разработаны с диодами Ганна ЗА7001 и варак-торами 2А3106. Конструкция разработанного ГПГ с волноводным выводом энергии показана на рис. 8.1а, где:1-объемный резонатор, 2-диод Ганна, 3-варактор,4-штифт. Связь между варактором 3 и диодом Ганна 2 в объемном резонаторе управляется штифггом 4. На рис. 8.16 представлена зависимость частоты генерации f разработанного ГПГ с диодом Ганна и варакторной перестройкой частоты от на' пряжения варактора %у . Основная частота генерации ГПГ находится в 3-см. диапазоне. Диапазон линейной электрической перестройки частоты 150-200 МГц , крутизна электрической перестройки частоты , Б-8 УГц/В . Мощность генерированных колебаний ГШ' 5-15 мВт. 8. 4. УПРАВЛЯЕШЕ ШИРОКОПОЛОСНЫЕ АТТЕНЮАТОРЫ Для управления уровнем СВЧ сигналов, для повышения качества приема, динамического диапазона, точности и надежности СВЧ радиоэлектронных систем используются аттенюаторы. Разработаны и исследованы одноцелевые, двухщелевые и трехщелевие аттенюаторы для расширения частотной полосы пропускания РЛС, радионавигационных устройств и' радиоэлектронных систем СВЧ. Создана методика для

- Ь2 -

С 2Г

г

/

ге ¿¿ ¿г / ' ï=i

ç т

1.' 1 гв

а)

Рис.7./ ¿W

4>

Çfûû 93ÛO fffûû

Рас. 8. /

с -/û -го -ю -м и,гз ff)

■fM T^rx'^.vcv f. ¿faraÁfjyy&fS^eMz/w/jst?/^

S)

Puc.8.3

анализа управляемых широкополосных аттенюаторов, представляющих собой однощелевые,дпухщзлевые и трехщэлевые резонансные диафрагмы с N1PIN диодами. На основе уравнения Маркувица определена полная проводимость (сопротивление) диафрагмы с полупроводниковым диодом и построена эквивалентная схема однощелевого аттенюатора. Исследо- • вания однощелевого аттенюатора с NIPIN диодом показывают при КСВН ¿1,25 ширину частотной полосы пропускания 150 МГц и коэффициент ослабления в режиме отражения 30-35 дБ. Создан двухэлементный управляемый однощзлевой аттенюатор для увеличения коэффициента ослабления в режиме отражения до 60-65 дБ и экспериментально исследованы его характеристики и параметры.

Для расширения частотной полосы пропускания разработаны дв ух щз левые и трехцелевые управляемые аттенюаторы, которые изображены на рис. 8.2: а)двухщелевой аттенюатор, б)трехщелевой аттенюатор.

Экспериментальные частотные зависимости двухщелевого аттенюатора, изображенные на рис. 8. За, показывают следующие параметры: КСВН «с 1,22, коэффициент ослабления в режиме пропускания 1>1дВ : в частотной полосе от 9000 МГц до 9800 МГц и коэффициент ослабления в режиме отражения RL ь 30 дБ.

Экспериментальные частотные зависимости трехщелевого аттенюатора представлены на рис. 8.36 и показывают следующие параметры: КСВН ¿1,20, коэффициент ослабления в режиме пропускания L ¿1дБ, коэффициент ослабления в режиме отражения RL =» 30 дБ в частотном диапазоне от 8800 МГц до 10300 МГц и ширину рабочей частотной полосы до 1000-1200 МГц.

ГЛАВА IX СВЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА. [Л18.Л19, Л20]

Современные радиолокационные станции используются для решения большого числа задач в области народного хозяйства, военной техники и науки, связанных с радионавигацией самолетов и плава- 1 . тельных судов, космическими исследованиями и прогнозированием погоды. Радиолокационный приемник является одним из самых важных частей каждой PJC. В связи с этим рассмотрены разработанные СВЧ полупроводниковое квазикогерентное устройство приемника для импульсной РЛС,работающей в 3-см. диапазоне, и СВЧ интегральные ги- < бридние приемные устройства для специализированных РЛС..

- 65 -

9.1. СЕЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЛС

СВЧ квазикогерентный полупроводниковый приемный блок представляет собой приемное устройство,которое отделяет подвижные цели от неподвижных объектов с помощью фазовой селекции целей. Фьэо-вые методы основываются на измерении разницы (¡аз между излучаемым и принимаемым радиосигналами,причем регистрируйся только подвижные цели. Неподвижные объекты не регистрируются и не появляются на экране РЛС.

На рис.9.1 представлена блок-схема СВЧ полупроводникового квааикогерентного приемного устройства для импульной РЛС,которая содержит: антенный переключатель,управляемый двухступенчатый аттенюатор, делитель мощности,усилитель 3-см. диапазона,балансный смеситель, стабильный полупроводниковый гетеродинный генератор,усилитель промежуточной частоты,когерентный гетеродин и фазовый детектор.

В СВЧ полупроводниковом приемнике сигналы проходят по двум каналам- по первому каналу с фазовым детектированием, а по второму каналу - без фазового детектирования принимаемого сигнала. Оба принятые сигналы на промежуточных частотах сравниваются по фазе и детектируются в фазоуправляющэм устройстве, причем из фазы сигнала по первому каналу вычитается фаза сигнала по второму каналу. Таким образом в результате фазовой селекции на видеоиндикаторе появляются и регистрируются только подвижные цели.

На рис. 9.2 показана блок-схема части квазикогерентного приемника, в которой происходит фазовая модуляция и содержит когерентный гетеродин (КГ), фазовый детектор (ФД) и УПЧ. Фазовый детектор выполнен в виде балансного устройства с дифференциальным входом. Выходной сигнал с круговой частотой со] из когерентного гетеродина (CUt't -си^+У/ ) подается на дифференциальный вход фазового детектора, а на другой вход подается сигнал из усилителя промежуточной частоты по второму каналу (¿¿¿¿-Щ i + $ ). Выход дной сигнал после прохождения фазового детектора имеет круговую частотуСОф .которая представляет собой разницу частот сигналов по первому и второму каналу и определяется из соотношения:

. о.!)

В результате фазовой модуляции в когерентном гетеродине и

- 66 -'•

фазовом детекторе осуществляется удаление сигнала, обусловленного, неподвижными обюктами.

Экспериментальное исследование СВЧ полупроводникового квазикогерентного приемника показывает следующие параметры: '

9500 МГц . ' -

- ч» 100 МГц 30 МГЦ

- * 15 дБ

- * 8 дБ

- * 1,25 дБ

- * 40 дБ

9. 2. СВЧ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЛС

Интегральные гибридные приемники применяются 'в СВЧ системах , связи и радиолокации. СВЧ интегральные приемники характеризуются малыми массогабаритными показателями и потребляемой мощностью,-высокой надежностью и сравнительно низкой себестоимостью при производстве.

Разработка интегральных приемников состоит в разработке их блоков в микрополосковом исполнении и объединении их в общем едином модуле. Объединение блоков интегрального приемника можно произвести изготовлением всех блоков приемника на одной общей диэлектрической подложке или соответствующим соединением блоков приемника, изготовленных на отдельных диэлектрических подложках..

Блок-схема СВЧ интегральных гетеродинных приемников определяется типичными требованиями к СВЧ гетеродинным приемникам. Обычно требуется низкий коэффициент шума,широкий диапазон перестройки частоты, узкополосный УПЧ,высокое подавление зеркальной частоты, большой динамический диапазон и высокий коэффициент преобразования.

СВЧ интегральные гетеродинные приемники для частотного диапазона 8-12 ГГц содержат следующие блоки в микрополосковом исполнении: гетеродинный генератор с электрической перестройкой частоты, смеситель, УПЧ с высоким коэффициентом усиления и ,при необходимости, ниэкошумящий СВЧ усилитель.

Блок-схема одной части из проектированных и разработанных

рабочая частота

ширина рабочей частотной полосы гетеродинного генератора рабочая частота усилителя ПЧ коэффициент усиления усилителя ПЧ коэффициент шума балансных смесителей КСВН на входе

коэффициент подавления зеркального канала

Aure/za

¿сгсгг-

У!ГГЛ*ОЛЛ

Леюгело fHxq/ucXYU

п

ïfi/AVrfÂÙ i/i/O/lOJ

<Pl/.\ù t¿)

Ьалолс

i ал англ Civttarr*. УЛЧ 0crJû<f. âerexr

Рис.9/

/ГьнА/логс/у

м

ИбС

1 M

iá

УПЧ

ßr-/rv

ИСГ

а)

Vcsw

кг

Í//7V Ф4

/С L'jr&tK! Пру

Рас 92

Рос. 9.3

СВЧ интегралышх приемных устройств для радиоэлектронных систем, выбранная из соображений достижения высокой стабильности рабочей частоты и низкого коэффициента шума приемника, показана на рис. 9. За. Использованы следующие обозначения: ИСГ- интегральный стабильный генератор, ИА- интегральный аттенюатор, ИБС- интегральный балансный смеситель, СВЧУ- СВЧ устройство.УПЧ- усилитель промежуточной частоты. Интегральный высокостабильный генератор генерирует колебания с частотой Гх. С помощью аттенюатора регулируется мощность сигналов до необходимого уровня для работы балансного, смесителя. В интегральном балансном смесителе с квадратным или круговым мостами происходит смешивание принимаемого сигнала с частотой Гс и гетеродинного сигнала с частотой Гх , причем на выходе смесителя получается сигнал с промежуточной частотой Гпч. Сигнал с промежуточной частотой Гм усиливается УПЧ.ч

Разработка СВЧ полупроводникового приемного блока является результатом проведенных теоретических и экспериментальных исследований при разработке его отдельных модулей. Интегральный высокостабильный генератор представляет собой генератор с диодом Ганна с диэлектрическим резонатором для 3-см. диапазона. Используется диод Ганна типа ЗА7001. Диэлектрический резонатор представляет собой таблетку из титаната бария ВааТ19 ( диэлектрическая проницаемость £х -40 и добротность -1500-6000). Интегральный генератор с диодом Ганна и диэлектрическим резонатором характеризуется высокой температурной стабильностью частоты и имеет ТКЧ - 50-100 кГц/°С.

На рис. 9. 36 изображена блок-схема СВЧ интегрального приемного устройства, которая содержит: -ИГГ- интегральный гетеродинный генератор, ДЫ- делитель мощности,ИБС- интегральный балансный смеситель, УПЧ-усилитель промежуточной частоты,УАЛЧ- устройство автоматической подстройки частоты, СВЧУ- СВЧ устройство.

Интегральные полупроводниковые приемные блоки изготовлены на алундовых диэлектрических подложках с диэлектрической проницаемостью ^-9,8 .тангенсом угла диэлектрических потерь^¿Г-1.10 и толщиной 1,2 мм. Интегральные приемные устройства созданы по тонкопленочной технологии, используя двухслойную или трехслойную систему металлизации Сг- Аи или Сг- Си- Аи.

- 69 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ выводи

Основные теоретические и экспериментальные исследования и анализ, проведенные в диссертации в области СВЧ полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств для генерации и преобразования колебаний, содержат следующие обобщенные научные и прак тические результаты.

Решена комплексная крупная проблема создания,исследования и разработки СВЧ полупроводниковых приборов,интегральных схем и уст ройств для генерации и преобразования колебаний для радиоэлектрон ных систем управления, систем коллективного приема, РЛС и радиона вигационной аппаратуры.

В результате проведенных автором работ в течении более 20 лет (1970 - 1991г.) созданы электрические модели СВЧ полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств,разработаны конструктивные решения и технологии СВЧ полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств.

Создан комплекс физико-математических моделей СВЧ полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств, позволяющий произ водить расчеты и анализ конструкций,конструктивно-технологических параметров и высокочастотных характеристик соответствующих приборов, интегральных схем и устройств,в том числе для:ЛГПД, ТПД, ИПД, PIN диодов,диодов с переходами металл-полупроводник, интегральных генераторов колебаний,интегральных аттенюаторов,интегральных пре образователей колебаний,полупроводниковых генераторов,широкополое ных аттенюаторов и лриемных устройств.

В результате исследований проведен расчет и спроектированы конструкции, определены конструктивно-технологические параметры и созданы технологии изготовления СВЧ полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств, в том числе для: варакторов, варикапов, PIN диодов.диодов с переходами металл-полупроводник, интегральных генераторов,интегральных аттенюаторов,интегральных преобразователей колебаний, полупроводниковых генераторов, широкополосных аттенюаторов и приемных устройств.

ОБОБЩЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ.

1. Созданы новые СВЧ полупроводниковые приборы: лавинно-тун-нельные пролетные диоды, туннельно-пролетные диоды и инжекционно-пролетные диоды,которые могут генерировать СВЧ колебания.

1.1. Построена теория лавинно-туннельных пролетных диодов для малого и больного сигналов и получены выражения для высокочастотных характеристик: проводимости, сопротивления, электронной и выходной мощности и к. п. д. Разработаны алгоритмы и программы для анализа ЛТПД. Проведены расчеты высокочастотных характеристик кремниевых, арсенид-гдллиевых и германиевых ЛТПД.

1. 2. Построена теория туннельно-пролетных диодов для малого и и большого сигналов и получены выражения для высокочастотных характеристик. Разработаны алгоритмы и программы для анализа и проведены расчеты высокочастотных характеристик кремниевых, арсенид-1 галлиевых и германиевых ТПД.

1. 3. Построена теория инжекционно-пролетных диодов для малого

и большого сигналов и получены выражения для высокочастотных характеристик. Проведены расчеты высокочастотных характеристик для пяти типов ИПД: п-р-п Б1, р-п-р Б!, РЬ-пБ^РЬ.П-р-п баАз.РЬ-пБаАэ-РЬ.

Создана впервые единая теория полупроводниковых приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением при малой и боль во Л амплитуде переменного сигнала, которая охватывает лавинно-туннельнные пролетные диоды, туннельно-пролетные -диоды,инжекционно- пролетные диоды и лавинно-пролетные диоды. Проведен впервые линейный и нелинейный анализ высокочастотных характеристик лавинно- • туннельного пролетного диода, в котором проявляется лавинное умно-' жение туннельных носителей. Линейная и нелинейная теории приборов с ( . отрицательными активными динамическими сопротивлениями построены . с помощью пролетной модели, согласно которой генерация носителей заряда происходит в узкой области перехода,а остальная часть обедненного слоя является пролетной зоной. На основе линейной и нелинейной теории разработаны электрические модели и эквивалентные ' схемы приборов с отрицательным активным динамическим сопротивлением.

2. Исследовано впервые влияние форм электрического пробоя и полевого эффекта для генерации носителей заряда на высокочастотные характеристики, проводимость, сопротивление, выходную мощность и' к. п.д. полупроводниковых приборов с. отрицательным активным динамическим сопротивлением для малой й большой амплитуды переменного сигнала Проведен анализ основных параметров приборов с -

'отрицательной активной динамической проводимостью для инерцион- • ной (лавинно-туннельного эффекта, лавинного умножения) или без-инегш'онной (туннельного эффекта, инжекции неосновных носителей; термоэлектронной,термоэлектронной полевой и полевой эмиссии носи-

телей) генерации носителей на основе пролетной модели. Показано, что с помощью приборов с отрицательной активной динамической проводимостью можно перекрыть при генерации колебаний почти весь диапазон СВЧ- от низкочастотной части дециметрового диапазона до субмиллиметрового диапазона.

Разработана теория, методы моделирования и проектирования но-1 вого класса полупроводниковых СВЧ приборов для работы на более высоких частотах с отличным технико-электрическим сочетанием параметров. Исследования и анализ, проведенные автором, являются оригинальными.

3. Созданы и исследованы полупроводниковые приборы с переменной емкость»- варакторы и варикапы с ионно-имплантированными р-п переходами- для интегральных схем и полупроводниковых устройств с перестройкой частоты для радиоэлектронных систем. Оптимн-

' аированы автором конструктивно-технологические параметры и ре-•' жимы изготовления приборов.

Изготовленные планарио-эпитаксиальние кремниевые варакторы предназначены для электронной перестройки частоты и внедрены в гетеродинных полупроводниковых.генераторах и интегральных гетеро-. динних генераторах для СВЧ приемных устройств.

4. Проведен теоретический анализ быстропереключающихся PIH диодов. Теоретически и экспериментально исследованы их высокочастотные характеристики. Исследованы статические и высокочастотные

i характеристики быстропереключающихся' диодов. Модель бистропереюл>-чаюпщхся диодов описывает стационарный и нестационарный режимы большого сигнала. В нестационарном режиме для большой амплитуды переменного сигнала получены выражения для полного сопротивления быстропереключающихся диодов.

Разработаны автором лично быстропереключашиеся PIN и MIN диоды по планарно-эпитаксиальной технологии для управления уровнем и фазой сигналов, а также для переключения сигналов в радиоэлектронных системах. Разработаны PIN диоды с диффузионными переходами, PIN диоды с ионно-имплан'тированными переходами и MIN диоды с переходами металл-полупроводник: V-IN. Ni-IN и AI-IN (кремний). Создана серия PIN диодов для переключения и управления уровнем и фазой сигналов,которыми 'перекрывается частотный диапазон от 10 МГц * до 18 ГГц. PIN диоды для регулирования уровня сигналов в антенных усилителях внедрены в телевизионных коллективных антенных систе-

мах в институте ИРЭТ- София и на заводе в г. Годеч. Достигнуто рчсиироние частотной полосы PJ1C и СВЧ радиоэлектронных систем с разработанными управляемыми аттенюаторами на основе резонансных диафрагм с PIN диодами.

5. Созданы новые полупроводниковые диоды с переходами ванадий- пп+кремний (V-nn+Si) и технологический метод их изготовления. Исследованы выпрямительные свойства и электрические характеристики пор^уодоп V-nríSl , их вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики. Иа ПАХ и №Х установлено,что переход V-nn+Sl характеризуется высотой потенциального барьера Ф0-О,71 + 0,03 эВ и коэффициентом неидеальности п-1,05-1,15. Исследовано влияние концентрации донор-ных примесей в эпитаксиальном слое на электрические характеристики перехода V;nn+Si. Разработаны и исследованы впервые смесительные и варакторные диоды с переходами V-nn+Si для применения в полупроводниковых и интегральных преобразовательных устройствах РЛС и радиоэлектронных систем для СВЧ. Более высокая . стабильность и надежность характеристик таких приборов связана с лучшей адгезией ванадия к кремнию. >

Созданы и исследованы полупроводниковые диоды с переходами никель-пп+кремний (Nl-nn+Si) и алюминий- пп+ кремний (Al-nn+Sl) для полупроводниковых и интегральных преобразовательных устройств. Исследованы выпрямительные свойства и электрические харак-• теристики переходов N]-nn+Si и Al-nnfSi.hx ВАХ и ВФХ Показано, что ' для переходов Hi-nn+Si высота потенциального барьера равна Фв -0,70 + 0,03 эВ и измерена по ВАХ и BÍX,коэффициент неидеальности равен п-1,04-1,12. Изготовленные переходы Al-nn+St имеют высоту потенциального барьера Фв -0,71+0,03 эВ и коэффициент неидеальности TI-1.05-1.10. Для полупроводниковых и интегральных преобразовательных устройств разработаны смесительные и варакторные диоды с переходами Hi-nn+Si и Al-nn+Si.

6. Создана оригинальная методика для анализа и проектирования интегральных гибридных генераторов с полупроводниковыми приборами.5 На основе амплитудного и фазового условий генерации колебаний проведен теоретический анализ интегральных генераторов с полупроводниковыми приборами таких как интегральные генераторы с диодами Ганна, интегральные генераторы с лавинно-пролетными диодами, интегральные гетеродинные генераторы с диодами Ганна и варакторной перестройкой частоты.

6. 1. В соответствии с разработанной оригинальной методикой

• анализа спроектированы интегральные генераторы с полупроводниковыми приборами,основными из которых являются интегральные генераторы с диодами Ганна, интегральные гетеродинные генераторы с диодами Ганна и варакторной перестройкой частоты, интегральные генераторы ч> с лавинно-пролетными диодами, интегральные генераторы с диодами Ганна и лавинно-пролетными диодами с диэлектрическими резонаторами.

6.2. Разработаны и исследованы автором оригинальные интегральные генераторы для СВЧ: интегральные генераторы с диодами Ганна и четвертьволновыми (полуволновыми) микрополосковыми резонаторами, интегральные гетеродинные генераторы с диодами Ганна и варакторной перестройкой, интегральные генераторы с диодами Ганна или ЛГЩ с диэлектрическими резонаторами и интегральные транзисторные генераторы на 1-3 ГГц. Интегральные генераторы предназначены для радиолокационных станций,радиоэлектронных систем, приемных и передающих устройств СВЧ. Интегральные генераторы могут применяться и в космических системах связи.

7. Создана впервые методика для анализа интегральных управляемых аттенюаторов с PIN диодами. На основе матриц передачи СТЗ и матриц рассеяния ISI, составленных для управляемых аттенюаторов, определяются коэффициент передачи, коэффициент отражения и коэф{м-циент поглощения. Созданы,спроектированы и разработаны интегральные управляемые аттенюаторы с PIN диодами для приемных устройств РЛС и радиоэлектронных систем СВЧ. Анализ показывает.что интегральные управляемые двухэлементные аттенюаторы обладают шириной частотноР полосы 800-1000 МГц в диапазоне 8-12 ГГц при коэффициенте ослабле-

I ния в режиме пропускания L * 0,5-1 дБ и коэффициенте ослабления е режиме отражения RL * 60 дК

8. Соэданы и исследованы интегральные балансные смесители с квадратным и круговым мостами для приемных устройств РЛС и СВ1 радиоэлектронных систем. Исследование показывает, что интегральные балансные смесители с квадратным мостом обладают коэффициентом шума 5-6 дБ и шириной частотной полосы 800-1000 МГц е 3-см. диапазоне. Интегральный балансный смеситель с круговым мостом показывает коэффициент шума 5-6 дБ и ширину частотной полось 1000 МГц.

Спргкчгщюиани и исследованы интегральные утроители и учетве-рип'лн частот Ko.ni'f>;uiiiíV 11|ктг>ден гармонический fuifuin:i и оптимизированы конструктивно-топологические схемы интегральных умножителей. СВЧ интегральные схемы разработаны по технологии несимметричных микрополосковнх линий.

9. Созданы оригинальные гетеродинные полупроводниковые генераторы для 3-см. диапазона для радиолокационных устройств,генера- ■ торы с лавинно-пролетными диодами и генератор с диодом Ганна. Гетеродинные полупроводниковые генераторы (ГПГ) изготовлены с диодами Ганна ЗЛ7001 и варакторами 2А3106 с волноводным и коаксиальным выводами энергий. ГПГ имеет диапазон линейной электрической перестройки частоты д Г- 150-200 МГц и крутизну электрической перестройки частоты S -5-8 МГц/В с основной частотой генерации

в 3-см. диапазоне. Мощность генерированных колебаний зависит слабо от напряжения варактора и изменяется в границах +1 дБ номинального значения.

10. Создан новый полноводный элемент- широкополосные управляемые аттенюаторы,представляющие собой многощелевые, диафрагмы со встроенными PIN диодами. С многощелевыми управляемыми аттенюаторами достигается управление уровней СВЧ сигналов и расширение ча- ' стотной полосы пропускания ?ЛС и радиоэлектронных систем СВЧ. Экспериментальные исследования показывают, что двухщелевой аттенюатор с NIPIN диодами обладает КСВН ¿1,22,коэффициентом ослабления в режиме пропускания L*1 дБ в частотной полосе от 9000 МГц до 9800МГц и коэффициентом ослабления в режиме отражения RL^SO дБ. Двухступенчатый двухщелевой аттенюатор показывает коэффициент ослабления в режиме отражения RL* 65 дБ. С трехщелевым управляемым аттенттором достигается значительное расширение рабочей частотной полосы до 1200 МГц, которая составляет 10-15Z центральной рабочей частоты.

11. Созданы и исследованы квазикогерентное полупроводниковое и интегральные приемные устройства СВЧ для специализированных РЛС.. СВЧ квазикогерентный приемный блок отделяет подвижные цели от неподвижных обектов с помощью фазовой селекции целей. Эксперимента- 1 льное исследование СВЧ квазикогерентного приемного блока показывает рабочую частоту 9500 МГц, ширину рабочей частотной полосы гетеродинного генератора >100 МГц, коэффициент шума балансного сме-

f

сителя ¿8 дБ и коэффициент подавления зеркального канала *40дВ.

Созданы оригинальные интегральные приемные устройства для , специализированных РЛС и радиоэлектронных систем,которые содержат стабилизированный генератор с диодом Ганна, балансный смеситель с квадратным или круговым мостом и усилитель промежуточной частоты. Спроектирован интегральный приемный блок с гетеродинным генератором с диодом Гакна и варакторной перестройкой частоты.двумя балан сными смесителями с круговыми мостами и усилителями промежуточных частот. Интегральные приемные блоки изготовлены по технологии несимметричных микрополосковых линий.

12.| Созданы и отработаны технологии изготовления СВЧ полупроводниковых диодов- PIN диодов, варакторов и варикапов с ионно-имплантированными р-п переходами,диодов с переходами металл-полупро водник: V-nrfSt и Ni-nn+Si.

PIN диоды изготавливах]тся по планарно-эпитаксиальной технологии с диффузионными или ионно-имплантированными переходами. •••)> ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. На базе проведенных автором исследований разработаны СВЧ ■полупроводниковые приборы- PIN диоды, варакторы и варикапы с диффузионными или ионно-имплантированными р-п переходами,диоды с переходами металл- полупроводник. Созданы технологии изготовления СВЧ полупроводниковых приборов. Разработки СВЧ приборов проведены бев наличия прототипов.

2. В ревультате проведенных автором исследований разработаны СВЧ интегральные схемы для генерации и преобразования колебаний.

* Созданы технологии изготовления СВЧ интегральных схем. Разработки СВЧ интегральных схем проведены без наличия прототипов.

3. СВЧ полупроводниковые приборы и интегральные схемы созданы . на технологических линиях производства фирмы по микроэлектронике - Р. Болгария.

4. Быстропереключающиеся PIN диоды внедрены в системах коллек тивного приема, созданные в ИРЭТ-София и производимые на эаводе в г. Годеч.

5. Созданы базовые технологии для изготовления интегральных схем и блоков радиоэлектронных систем управления на фирме в

• Р.Болгарии.

- 76 -

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ И АВТОРСКИХ СВИДЕТЕЛЬСТВ Ос ноши*? |юаультитн диссс1гпщии опубликовали п следующих ' работах:

1.Градинаров П. Г. Анализ на високочестотното съпротивление и иэ-ходните характеристики на дрейфовите диоди. Електропромишленост и приборостроене, 9, 372, 1975.

2. Градинаров П. Г. Анализ на високочестотните характеристики на ла-винно-тунелния дрейфов диод в нелинеен режим. Сб. доклада на Научната сесия по случай Деня на радиото- 7 май, ВМЕИ, С., т. 3, стр. 61,1976.

а Градинаров П. Г. Отпоено получавшего на - максимална мощност от лавинно-тунелни дрейфови диоди. Изв. на ВЫЕИ,т. XXXI,кн. 8,стр. 57, 1976.

4. Аладинский К К. ,П. Г. Градинаров. О влиянии форм пробоя на высоко-. частотную проводимость р-п переходов. СЕизика и техника полупроводников. 4, 7, 1328, 1970.

5. Градинаров П. Г. Анализ на условията за самопъзбуждане на трептв-ния в генератора с тунелно-дрейфов диод. Пьрва национална конференция по полупроводникова электроника,Вотевград,Сборник докла-Д1'.,т. 2. N 38. 1972.

6. Градинаров П. Г. Изследване на високочестотните характеристики на инжекционно-дрейфовите диоди. Сб. доклада .на Научната сесия "Приносът на ВМЕИ в облаетта на науката и техниката в НРР'.сек. "Електронна техника",19-20. 1У. ,ВМЕИ.С. ,1978.

7. Градинаров П. Г. ,С. В. Петков. Планарно-епитаксиални силициеви ва-рактори. Сб. доклади на Научната сесия по случай Дена на радиото-7 май.ВМЕИ.С. .т. 111.стр. 81.1977.

8. Градинаров П. Г. .С. К Петков.С. К Симеонова Изследване на варак-тори с имплантационни р-п преходи. Сб. доклади на Научната сесия по случай Деня на радиото- 7 май,ВМЕИ,С..т. 3.стр. 119,1978.

9. Градинаров П. Г., С. К Петков,С. К Симеонова Варикали с имплантационни р-п преходи. Сб. доклади на Научната сесия по случай Деня на радиото- 7 май,ВМЕИ.С. ,т. 3,стр. 125,1978.

10. Градинаров П. Г. ,С. Е Петков,С. Е Симеонова Изследване коефици-ента на изменение на капацитета на варикали с диффузионен р-п преход. VI симпозиум по радиоэлектроника с международно участие "Новости в радиоелектрониката 77",Варна,Резюмета,стр.62,1977.

И. Градинаров П. Г. , Е Ц. Василев. Надевдност на варактори и варикат с дцфузиошш р-п преходи. ЮЗ. научна сесия на ВМЕИ. Г.. т. 12, стр. 7,1982.

12. Градинаров И Г. ,С. Е Цеков, К. Я. Костадинов. Разработване н изсле-i дване на бързопревключващи PIN диоди. Юб. научна сесия на ВХТИ, С. , сек. IV,стр. /233,1983.

13. Градинаров П. Г. ,И. Е. Кондев.Е Б. Димов. Променливотоков модел на PIN диоди. Юбилейна научна сесия на ВМЕИ,Г.,дек. .сек. VI1,1984.

14. Градинаров IL Г. .С. В. Петков.С. В. Симеонова Изследване електриче-ските характеристики на прехода V-n Si. IX Национален преглед на THIM, Републикански симпозиум "Нови методи и технологии в химическата и металургическата промишленост'Чсек. "Физикохимия" ВХТИ, С. .XI, 1977.

15. Градинаров Е Г. ,С. Е Петков.С. Е Цеков,С. Е Симеонова Изправителн свойства на прехода Nl-nSi. Сб. научни трудове на ИСЕ, т. 17, ст; 159,1979.

. '' 16. Градинаров.П. Г.,И. Е. Кондев. Интегрален хибриден генератор с Гън диод за X обхват. Научна сесия на ВМЕИ,С. ,т. 111,1982. ■ 17. Градинаров П. Г. ,И. Е. Кондев. Интегрален стабилен генератор с Рьн диод с диелектричен резонатор. Научна сесия на ВМЕИ, С., т.111, 1983.

18. Градинаров П. Г.,И. Е. Кондев. Интегрален хибриден генератор с Гън диод й варакторна пренастройка на честотата Научна сесия на ВМЕИ.С. .т. 111,1983.

'19; Градинаров П. Г. Интегрални генератори за СВЧ. Юбилейна научна сесия на ВХТИ,С. ,окт. .сек. IV,Реэюмета,стр.232,1983.

. 20. Градинаров П. Г. ,И. Е. Кондбв.Е А. Пендичев. Интегрални транзис-' торни генератори за 1-3 Гхц. Научна сесия на ВМЕИ,С..т. 111,1983.

21. Градинаров П. Г. ,И. Е. Кондев.Е А. Пендичев. Интегрални хибридни > смесители. Научна сесия на ВМЕИ,С..т. 111,1983

22. Градинаров П. Г. ,Е Е Димов,И. Е. Кондев. Интегрален умножител на честота Научна-сесия на ВМЕИ.С. .май,сек. У1,Резюмета,стр. 154, 1985.

' 23. Градинаров П. Г. , Я. Е Айвазов, И. Е. Кондев. Хетеродинен полупроводников генератор с Гън диод и варакторна пренастройка на честотата Електропромишленост и приборостроене.б, 243, 1982.

24. Айвазов Я Е , П. Г. Градинаров, И. Е. Кондев. Н. Лебанов. Полупроводников генератор за СВЧ с електрическо управление на честотата. Сб. научни трудове на ИСЕ,т. 17,стр. 200,1979.

- 70 - 1

25. Градинаров R Г. . И. Е. Кондев, В. R Димов. Полупроводникови генератор» с I^ji диод и л;тшшо-д1>ейфоп диод. ЮОилойна научна сосия на ШЕИ,Г. .дек. .сек. VII, 1984.

26. Градинаров П. Г. , И. Е. Кондев. Управляем широколентов атенюатор ¿а X обхват за радиоелектронни системи.Научна сесия на ВМЕИ, Г., сек. VI 1,1983.

27. Уредн полупроводникови. Диоди силициеви PIN- 2Д5641. Заводска. нормала. ■

28. Градинаров IL Г. . С. R Петков.С. Е Цеков. Диод с преход метал-полу-проводник и метод за получаването му. Авт. свид. 23871, с приоритет от 1. 2.1977.

29. Градинаров П. Г., Е И. Илиев. Свръхвисокочестотен генератор с ла-винно-дрейфов диод. Авт. свид. 20045, с приоритет от 3. II. 1974.

30. Градинаров П. Г. ,Е И. Илиев. Свръхвисокочестотен генератор с ла-винно-дрейфов диод. Авт. свид. 20046,с приоритет от 22.11.1973.

31. Градинаров П. Г. ,R И. Илиев. Свръхвисокочестотен генератор с ла-пинно-дрейфов диод. Авт. свид. 10561 с приоритЬт от 26.10.1973,

V

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Л1. Read V. Proposed High-Frequency Negative Resistance Diodo. Bell Syst. Techn. J. .1958, v. 37.p. 401.

Л2. Tarep A.C. ,Вальд-Перлов RM. Лавинно-пролетные диоды и их при- ' менение в технике СВЧ. Сов. радио,М. ,1968.

ЛЗ. Захаров А. Л. Расчет симметричного слоя умножения. Труды совещания по ударной ионизации и туннельному эффекту в полупроводниках. ИФ АН Аз. ССР.Баку. 1962.

Л4. Аладинский R К. Туннельный пробой в р-п переходах и генерация СВЧ колебаний. ФГП,1968,2,5,. стр.617.

Л5. Wright a - Solid-State Electronics, 1976, v. 19,p. 615.

Л5. Берман Л. С. Введение в физику варикапов. М. ,Наука, 1968.

Л7. Каусов С. 1>. . Пильдон R И. Планарно-эпитаксиальные вйракторы диапазона СВЧ В сб. "Полупроводниковые приборы и их применение". Под ред. Федотова Я. А. , М. , Сов. радио, 1970, вып. 23, стр. 133.

ЛЗ. Берлин А. С. , Визель А. А. , Пильдон R И. Параметрические и умнохи-тельные диоды. В сб. "Итоги науки и техники". Серия "Электроника и ее применение". ВИНИТИ. 1976. т. 8,стр. 93.

Л9. Стриха R IL .Бузанева Е. R.Радзиевский И. А. Полупроводниковые приборы с барьером Шоттки. М. .Сов. 'радио,1974.

Л10. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. М. .Энергия,1973. 1

Л11. Дог. 2285 /82 г. "Рааработване и технология на варакторни дн 8а X обхват".

Л12. Дог. 2283 /82г. "Рааработване и технология на PIN диоди за X

хват за фазорегулатори и превюиочватели". Л13.Дог. 2025 /80г. "Варикапи".

Л14. Дог. 2024 /80г. "Хетеродинен полупроводников генератор". Л15. Дог. 21137 /81г. "Разработване и технология на интегрални х ридни генератори с диоди на Рьн". . 1 Л16. Дог. 2282 /82г. "Рааработване и технология на интегрални х ридни генератори с диоди на Рьн, пренастройвани с варактор Л17. Дог. 23106 /83г. "Рааработване и технология на СВЧ интеграл i хибридни транзисторни генератори ва обхвата 1-2 Гхц".

Л18. Дог. 2284 /82г. "СВЧ полупроводников приемник за РЛС". Л19.Тема "Хромна технология 8а гьнкослойни ХИС". ТТП 505 020 ООО 043, Заповед ЗИ 11-1/90Г. . ППЛ"Ыикроелектроника"-Комбинат "Електрон". Л20. Тема "Никел-хромна технология 8а тънкослойни ХИС". , ,■ ТТП 505 020 ООО 045, Заповед ЗИ 11-1/90Г. ,

НПЛ"Микроелектроника"-Комбинат "Електрон".

)

i