7.6. СВОЙСТВА ПРИБОРА

В тестовых устройствах для измерения мощности ПТШ в диапазонах 4-8 и 8-12 ГГц используются микрополосковые линии, расположенные на полированных подложках из окиси алюминия с применением коаксиаль-но-полосковых переходов. На частотах свыше 12 ГГц вместо окиси алюминия применяется плавленый кварц. На еще более высоких частотах (более 18 ГГц) измерения проводятся в волноводной системе. Для дополнительного согласования во время измерений используются либо двойные коаксиальные согласующие трансформаторы, либо волноводные А-Я-согласова-тели.

Когда измеряются параметры мощного GaAs ПТШ, то очень важно понять взаимосвязь между выходной мощностью, КПД и коэффициентом усиления. Любой из них может быть оптимизирован за счет двух других. В табл. 7.2 представлены типовые значения этих параметров одного прибора с размерами затвора 1X2400 мкм и оптимизацией по каждому параметру.

Таблица 7.2. Взаимосвязь параметров ПТШ на частоте 8 ГГц

Из табл. 7.2 видно, как изменяются КПД, достигая максимального значения при pgix ~ Вт и резко снижаясь у прибора с /„ьгх ~ > имеющего максимальный коэффициент усиления. Такая взаимосвязь делает очень трудным выбор нужного GaAs ПТШ. В зависимости от интересующего нас параметра прибор может иметь параметры лучше, чем в типовой схеме.

Таблица 7.3. Параметры мощнЬ1Х ПТШ на GaAs

В табл. 7.3 приведены результаты, достигнутые на приборах фирмы MSG. Как видно из таблицы, можно получить отличные результаты в диапазоне частот от 2 до 20 ГГц при применении описанной технологии. Выходная ПО

мощность 2,5 Вт на частоте 15 ГГц и КПД 40% на частоте 8 ГГц свидетельствуют о ншроких возможностях данных приборов. В импульсном режиме была достигнута мощность более 10 Вт [7]. Кроме того, эти оптимальные результаты ни в коем случае не относятся к приборам на уникальных пластинах. На всех частотах были получены сравнимые параметры приборов, изготовленных на разных гшастинах.

В особенности интересно отметить то обстоятельство, что мощность приборов, смонтированных методом обратного монтажа, больше, чем приборов, смонтированных обычным образом. Из табл. 7.3 следует, что если две ячейки смонтировать на одном держателе или в одном корпусе, го можно получить выходную мощность, равную двойной мощности одной ячейки. Это обусловливается частично низкой индуктивностью истока и ее однородностью, присущей монтажу такого типа.

Уменьшение ширины зубца затвора приводит к увеличению коэффициента усиления на более высоких частотах при той же общей ширине затвора. Для стандартного прибора с общей шириной затвора, равной 2400 мкм, были изготовлены два типа приборов: один с шестнадцатью зубцами затвора, второй с двадцатью четырьмя. Сопротивление затвора второго прибора составляет 40% от сопротивления затвора первого. Параметры обоих приборов были измерены на частоте 15 ГГц, результаты измерений приведены в табл. 7.4. Несмотря на то, что оба прибора работали хорошо, прибор с двадцатью четырьмя зубцами обладает большими коэффициентами усиления и КПД. Кроме того, прибор с двадцатью четырьмя зубцами имел лучшую воспроизводимость параметров от пластины к пластине.

Таблица 7.4. Сравнительные данные параметров приборов с различными геометрическими размерами на частоте 15 ГГц

7.7. НАДЕЖНОСТЬ

Надежность является очень важным свойством мощных GaAs ПТШ. Несколько работ посвящено в настоящий момент вопросу надежности приборов [8, 10]. Выдержка при повышенной температуре, испытания при смещении по постоянному току и на высокой частоте проводились с целью исследования надежности. При высокочастотных испытаниях реализуются наиболее тяжелые условия работы для прибора. Однако результаты высокочастотных испытаний и испытаний при смещении по постоянному току достаточно хорошо согласуются между собой; поэтому здесь будут обсуждаться только результаты испытаний при смещении по постоянному току.

Испытаниям в нормальных рабочих режимах при повышенных темпе-

5" л7*

ратурах подвергались типовые, случайно выбранные приборы. Верхний предел температуры составлял 250°С. Критерием отказа служило изменение выходной мощности на 1 дБ на частоте 6 ГГц. На рис. 7.8 показана зависимость Аррениуса, которая получена на основе результатов испытаний. Была вычислена энергия активации 1,85 эВ, При температуре 120° С экстраполированное значение среднего времени наработки на отказ составляло I-IQ ч.

Доминирующим механизмом отказа яви-Рис. 7.8 Результаты ускоренных лось изменение металлизатщонного слоя за-испытаний приборов на постоян- хвора. Однако полное понимание точности ном токе природы этих изменений все еще отсутствует.

Поскольку в испытанных приборах металлизация затвора осуществлялась на основе золота, то ни миграция в системе Au-Al, ни ограничения высокочастотного тока затвора, свойственные приборам с алюминиевым затвором [11 ], не влияют на среднюю наработку на отказ.

350 250 200 150 WO Температура корпуса прибора °C

7.8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При применении технологии самосовмещения затвора и метода обратного монтажа кристалла можно получить высокую выходную мощность на частотах свыше 20 ГГц.

Обратный монтаж позволяет обеспечить хороший теплоотвод от прибора, малую и однородную общую индуктивность истока. Низкие рабочие температуры необходимы для надежной работы.

Однородная общая истоковая индуктивность обеспечивает отличные мощностные характеристики без каких-либо внешних элементов согласования. Все это особенно важно на частотах 12,4- 18 ГГц и выше.

Результаты исследования надежности металлизационного слоя затвора свидетельствуют о том, что такие приборы пригодны для применения в современных системах.