Моделирование и оптимизация характеристик субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов и усилителей СВЧ на их основе

Хребтов, Игорь Владимирович

Моделирование и оптимизация характеристик субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов и усилителей СВЧ на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Хребтов, Игорь Владимирович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Воронеж МЕСТО ЗАЩИТЫ

2005 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Моделирование и оптимизация характеристик субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов и усилителей СВЧ на их основе»

Автореферат диссертации на тему "Моделирование и оптимизация характеристик субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов и усилителей СВЧ на их основе"

На правах рукописи

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СУБМИКРОННЫХ ОДНО- И ДВУХКАНАЛЬНЫХ НЕМТ ТРАНЗИСТОРОВ И УСИЛИТЕЛЕЙ СВЧ НА ИХ ОСНОВЕ

Специальность 01.04.03 — «Радиофизика»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Воронеж-2005

Работа выполнена в Воронежском государственном университете.

Научный руководитель - доктор физико - математических наук,

профессор БОБРЕШОВ Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико - математических наук,

профессор АЛГАЗИНОВ Эдуард Константинович

Ведущая организация - Саратовский государственный университет, г. Саратов

Защита состоится 22 декабря 2005 г. в 1540 на заседании диссертационного совета Д. 212.038.10 при Воронежском государственном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, физический факультет, ауд. 435

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан 21 ноября 2005 г.

кандидат физико - математических наук, доцент КОНОНОВ Александр Давыдович

Ученый секретарь диссертационного совета

МАРШАКОВ В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

♦ Актуальность темы. Диссертация посвящена проблеме обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС), функционирующих в условиях помех. Если при этом учесть несовершенство технических характеристик РЭС и их сосредоточение на ограниченной территории, то такая задача становится особенно актуальной. В настоящее время широкое применение во входных каскадах РПУ находят субмикронные гетеро-структурные транзисторы с высокой подвижностью электронов (НЕМТ транзисторы). Они получают широкое распространение благодаря своим чрезвычайно малым собственным шумам, кроме того, эти транзисторы являются многообещающими кандидатами для достижения очень высокого быстродействия, вплоть до ТГц диапазона частот.

Как показали проведенные исследования, критерии качества прохождения сигнала в нелинейном режиме усилителя на НЕМТ транзисторе зависят от конструктивных параметров и режима работы прибора. За счет их оптимизации может быть увеличен порог восприимчивости усилителя к помехам.

Актуальной практической задачей является сочетание широкого динамического диапазона, малых шумов и высокого коэффициента усиления в многокаскадных усилителях. За снижение динамического диапазона в присутствии интенсивной помехи отвечают не только первый, но и последующие каскады входных малошумящих усилителей. Поэтому, естественно, что первый каскад необходимо оптимизировать на получение максимально возможного динамического диапазона и минимального коэффициента шума, а последующие каскады на минимум снижения общей линейности усилителя. С этой целью в работе исследуется новый класс двух- или многоканальных НЕМТ транзисторов. Наличие дополнительных каналов позволяет значительно расширить диапазон используемых уровней входных сигналов и повысить коэффициент усиления усилителей на таких приборах, сохраняя при этом высокое быстродействие, присущее технологии транзисторов с высокой подвижностью электронов.

Таким образом, практическая потребность в решении перечисленных задач определяет актуальность тематики данной диссертации.

♦ Цель работы

1. Разработка методики анализа влияния геометрических и электрофизических параметров субмикронного одно- и двухканального НЕМТ транзистора, а также режима его работы по постоянному току на его нелинейные и шумовые свойства.

2. Исследование коротко-канальных эффектов, возникающих в субмикронном НЕМТ транзисторе и их влияния на рабочий режим транзистора и параметры его эквивалентной схемы.

3. Оптимизация конструктивных параметров субмикронного одно- и двухканального НЕМТ транзистора с целью повышения значений верхней границы динамического диапазона (ВГДД) усилительного каскада по различным нелинейным эффектам. ---

4. Исследование возможности улучшение характеристик электромагнитной совместимости в двухкаскадных малошумящих усилителях СВЧ на основе одно- и двухканальных субмикронных НЕМТ транзисторов.

♦ Методы проведения исследования. Результаты исследований, сформулированные в диссертации, получены при помощи методов объектно - ориентированного программирования с использованием известных численных методов и пакета схемотехнического проектирования Е)е51-§пЬаЬ 8.0.

♦ Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты, впервые достаточно подробно развитые или впервые полученные в настоящей работе:

■ аналитическая модель для расчета нелинейных характеристик элементов ЭС субмикронного одно- и двухканального НЕМТ транзистора на основе его конструктивных и электрофизических параметров, учитывающая доминирующие эффекты короткого канала;

■ методика расчета шумовых источников тока эквивалентной схемы и коэффициента шума субмикронного одно- и двухканального НЕМТ транзистора с учетом эффектов короткого канала;

■ результаты оптимизации электрофизических и конструктивных параметров субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов с целью улучшения характеристик ЭМС МШУ на их основе;

■ рекомендации по улучшению характеристик ЭМС усилителя с одним и двумя каскадами на субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторах в зависимости от их режима работы.

♦ Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты исследования позволяют определить конструктивные и электрофизические параметры одно- и двухканальных субмикронных НЕМТ транзисторов для усилителей с улучшенными характеристиками помехозащищенности до их изготовления. Для проведения таких исследований разработана компьютерная программа, позволяющая оперативно рассчитывать и оптимизировать характеристики параметров ЭС транзистора. Предложен метод интеграции полученных параметров эквивалентной схемы транзистора в пакет схемотехнического проектирования Ве51^ЬаЬ 8.0, для расчета характеристик электромагнитной совместимости усилителя на НЕМТ транзисторах в нелинейном режиме.

Результаты диссертации могут быть использованы при проектировании и других устройств, имеющих элементную базу на НЕМТ транзисторах.

♦ Внедрение научных результатов. Полученные в диссертации результаты используются в научно - исследовательских работах и учебном процессе в Воронежском государственном университете.

♦ Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены в виде докладов и обсуждались на:

► IX Международной науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», Дивноморское, 2004г.

► IX, X, XI Международных научно - технических конференциях «Радиолокация, навигация и связь», Воронеж, 2003, 2004, 2005 г., соответственно; >

► VIII Российская науч.-техн. конф., Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность, г. Санкт-Петербург, 2004 г.

► VI Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, г. Санкт-Петербург, 2005г.

► III Международ, науч.-техн. конф. «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Волгоград, 2004 г.

♦ Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

♦ Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 142 наименования, и приложения. Объем диссертации составляет 165 страниц, включая 97 страниц основного текста, 47 страниц рисунков, 15 страниц списка литературы, 1 страницы приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

♦ Во введении к диссертации обсуждается актуальность темы исследова-I ния, приведен краткий обзор известных результатов по теме диссертации.

Сформулирована цель работы, в аннотированном виде изложены основные результаты диссертационной работы.

♦ В первой главе диссертационной работы разрабатывается модель субмикронного НЕМТ транзистора, позволяющая рассчитывать вольт-амперные характеристики и характеристики параметров его эквивалентной схемы в зависимости от режима работы транзистора, а также его электрофизических и конструктивных параметров. Особенностью предлагаемой модели является учет доминирующих коротко-канальных эффектов (ККЭ), возникающих в транзисторах с длиной затвора менее микрона, помимо эффекта насыщения дрейфовой скорости электронов. К таким ККЭ относятся: изменение порогового напряжения транзистора с изменением длины затвора, изменение порогового напряжения с напряжением сток-исток, а также ударная ионизация в канале транзистора, с которой связывают аномальный рост тока стока в насыщении, что так же предлагается моделировать, через изменение порогового напряжения. С целью повышения точности расчета характеристик НЕМТ транзисторов с длиной затвора менее микрона должны быть учтены все эти эффекты, которые мы далее будем называть дополнительными коротко-канальными эффектами.

Моделированию ККЭ уделялось достаточно большое внимание в обычных полевых транзисторах, но, тем не менее, эта область для НЕМТ транзисторов все еще находится в начальной стадии изучения, потому модели носят в основном полуэмпирический характер. Используя экспериментальные данные, а так же данные численного расчета, было предложено следующее выражение для сдвига порогового напряжения в условиях короткого канала:

Д£/„ = (v. • Uc„ + V, ■ U„ ■ Uc„ ■ exp(v. - Uc„) +1), (1)

где изи, Uch - напряжение затвор-исток и сток-исток, соответственно, L3 -длина затвора. Модельные параметры lm, vr, vw и vmi в случае исследования транзисторов с одинаковой структурой калибруются по ВАХ одного образца НЕМТ транзистора и далее не меняются.

Основой модели транзистора является соотношение, хорошо описывающее зависимость поверхностной плотности заряда в НЕМТ транзисторе от приложенных к его электродам напряжений, часто используемое в работах различных авторов:

Цзи-Цт,-Щх)

Пъ(и„,Щх)) = п „,

а, +(1-а,)1апЬ-

ии

¡=1,2 и 3, (2)

где и(х) - потенциал канала (х - координата, направленная вдоль канала) и По,, а,, иш, и и„ - модельные параметры. Индекс \ соответствует трем компонентам заряда, присутствующим в НЕМТ транзисторе, а именно: электроны двумерного электронного газа на границе гетероперехода (20-газ), свободные электроны и ионизованные доноры в легированном слое. Однако, модельные параметры в выражении (2) не имеют четкого физического смысла, что затрудняет их выбор, кроме того, соотношение (2) не содержит явно пороговое напряжение транзистора, а потому должно быть модифицировано для исследования влияния его сдвига в условиях короткого канала на характеристики транзистора. Можно использовать модельные параметры По,, а,, ит, и иь и получить для них аналитические выражения, содержащие пороговое напряжение. Для этого используем часто применяющуюся линейную аппроксимация зависимости плотности заряда в канале транзистора от напряжения затвор-исток. При этом рассматривается конденсатор, образованный затвором и каналом, разделенных слоем диэлектрика (обедненный донорный слой АЮаАв) толщиной й = <1а + <зI,, где ^ и - толщины легированной и нелегированной части А1-ОаАэ, соответственно. Тогда, для поверхностной плотности 2В-газа, можно записать:

где £/,, = Фь ~ /Ч ~ Ч^п^л 1- пороговое напряжение 20-газа, Дй? я 8нм - поправка, учитывающая толщину слоя 20-газа, е - диэлектрическая проницаемость слоя АЮаАБ, д -заряд электрона, Аес - разрыв зоны проводимости, <рь - высота барьера Шоттки на границе с металлом затвора, N0 - концентрация доноров в слое АЮаАв.

При напряжении на затворе, большем чем и,2 =£/„ + <7Я,01(с/ + Д</)/£, концентрация электронов двумерного газа и„ приближается к максимальному значению и,ш, и в слое легированного АЮэАб возникает необедненная часть, которая вносит вклад в проводимость канала. Электроны, индуцированные в слое АКЗаАэ, или становятся электронами проводимости или нейтрализуют ионизованные доноры. Максимальная величина поверхностной плотности электронов двумерного газа достигается при напряжении затвор-исток ит = (У,2 + С/0, где 1/0 = vл Ь / д, V,, и - скорость насыщения и подвижность электронов в двумерном газе. С дальнейшим увеличением напряжения затвор-исток, рост проводимости может быть связан только с компонентой свободных электронов в легированном слое. Для поверхностной плотности свободных электронов (и 2)

и нейтрализованных доноров (и,) в слое АЮаАБ, также предлагаются соотношения, аналогичные (3):

¿л-пмШв с1 + М д 2 ^

На рис. 1 сплошными линиями представлен вид зависимостей поверхностной плотности всех компонентов заряда в НЕМТ транзисторе от напряжения затвор-исток. При правильном выборе модельных параметров п0„ а,, иш1 и и,,, эта зависимость хорошо описывается выражением (2), и, с другой стороны, для 20-газа, она линейно аппроксимируется выражением (3) при IIп < и ш < ип и прямой и, = пг0. при 11ш >иа (пунктир на рис. 1). Аналогично для остальных компонентов заряда.

Используя соотношения (3) и (4), можно получить аналитические выражения для модельных параметров ит, и как функции порогового напряжения, тем самым, внося явную зависимость от него и в (2).

п0, - это значение пя при больших величинах напряжения затвор-исток, т.е. равное гьд,. ит, - напряжение в точке перегиба кривой пя(изи), а а, - коэффициент пропорциональности, определяемый как а, = «„(£/,,)/и0:. Из рис. 1 видно, что для линейной аппроксимации точке перегиба соответствует середина наклонного участка, что дает значение а = 0.5, однако, при этом, для 20-газа имеет место существенный подпороговый заряд (штрих-пунктир). В реальности, точка перегиба кривой пм(изИ) для 20-газа лежит левее и значит значение а, меньше. Для а, можно использовать типичные значения и в дальнейшем их не менять При заданном а,, значение для итт определяется из выражений (2),<3):

ит, = да,пт(</ + Ы)/е + ип, ит2= да2п01 /{-—■- —^г,) + иа + и, и „г = <7азиоэио1+

И, наконец, и„ - разница между значениями изи в точке пересечения асимптоты п81, = По, и касательной к кривой па;(изи) в точке перегиба и ит„ т.е. из рис. I нетрудно видеть, что для линейной аппроксимации:

Здесь и2 - напряжение насыщения для свободных электронов в АГСаАв, определяемое из (4) при П82=П02, аналогично, Ш - напряжение насыщения для нейтрализованных доноров, определяемое из (4) при па3=Поз-

Таким образом, для учета ККЭ, вместо и(1 следует использовать выражение 1}п +Л£/аг (где определяется из (1)), при определении модельных параметров ит, и и^ в (2), оставляя и(х)=0. Модель также позволяет проводить исследование влияния конструктивных и электрофизических параметров транзистора на его характеристики.

Для изучения характеристик электромагнитной совместимости усилителя на субмикронном НЕМТ транзисторе, предложен метод интеграции модели

гц, см2

Рис. 1.

транзистора в пакет схемотехнического проектирования Вез1§пЬаЬ 8.0, для построения модели усилителя. Произведенный расчет некоторых характеристик ЭМС усилителя, а также Б-параметров транзистора без учета и с учетом эффектов короткого канала, показал, что ККЭ существенным образом влияют на режим работы и характеристики транзистора и поэтому обязательно должны учитываться при моделировании субмикронных транзисторов для повышения точности расчета и предсказательной возможности модели. В качестве примера, на рис. 2 и рис. 3 приведены, в сравнении с экспериментальными данными (точки), вольт-амперная характеристика и верхняя граница динамического диапазона линейности усилителя, соответствующая выходной мощности полезного сигнала при компрессии передаточной характеристики усилителя на 1дБ ({~2 ГГц, иСи=2В). Пунктирные линии - расчет без учета ККЭ, сплошные линии -ККЭ учтены. Характерный признак ККЭ - практически отсутствующий участок насыщения на ВАХ транзистора для малых напряжений затвор-исток.

♦ Во второй главе рассматривается новый класс транзисторов, являющихся непосредственным развитием НЕМТ транзисторов при добавлении дополнительных каналов проводимости с двумерным электронным газом. Это позволяет преодолеть ограничение на максимальную концентрацию двумерного электронного газа в потенциальной яме обычного НЕМТ транзистора, тем самым, давая возможность получить больший выходной ток и, следовательно, большую мощность. Кроме того, значительно расширяется диапазон приклады-

Рис. 2.

Рис.3.

ваемых напряжений затвор-исток, что важно для транзисторов второго усилительного каскада, на который поступает сигнал, уже усиленный первым каскадом.

Эксперимент показывает практически прямо-пропорциональную зависимость между количеством каналов и суммарной поверхностной плотностью заряда электронов двумерного газа в каналах, но крутизна транзистора не улучшается существенно для количества каналов более двух, потому что затвор не обеспечивает достаточный контроль над каналами, расположенными дальше. Кроме того, дополнительные каналы являются дополнительным же источником шума. Поскольку исследования, проводимые в данной работе, направлены на увеличение помехозащищенности малошумящих усилителей, а не на получение большой выходной мощности, рассматриваются только двухканальные НЕМТ транзисторы.

Для расчета нелинейных характеристик двухканальных НЕМТ транзисторов потребовалось создание новой аналитической модели. Отличием предлагаемой аналитической модели от уже существующих является возможность расчета характеристик транзистора по каждому из каналов независимо, что является удобным инструментом при оптимизации структуры транзистора с целью управления линейностью его характеристик. При разработке модели была использована та же методика, что и для одноканального НЕМТ транзистора.

Сначала искались выражения для зависимости поверхностной плотности двумерного электронного газа до момента насыщения в первом и втором каналах транзистора по отдельности в виде, аналогичном (2):

«лит)=с1в,-(и3„-им)--. (5)

Здесь индекс ¡=1, 2 соответствует первому и второму каналам, Сга- емкость двумерного электронного газа на единицу площади, С/л- пороговое напряжение для каналов с 20-газом.

Условия проводимости для первого (ближнего к затвору) канала, аналогичны обычному одноканальному НЕМТ транзистору и поэтому выражения для им и С201 уже определялись ранее и запишутся как:

= -Т-ГГТП и и» = Ъ-^-Ае«■ (6)

ал, + ап + А а 2е

Здесь £-,, Ыт, , (1Л - диэлектрическая проницаемость, концентрация доноров и толщины легированной и нелегированной частей верхнего слоя А1-ОаАв, а ДгС1 - разрыв зоны проводимости первого гетероперехода.

Чтобы определить аналогичные соотношения для второго канала, будем рассматривать двухканальный НЕМТ транзистор как состоящий из обычного одноканального НЕМТ транзистора с прямой структурой АЮаАв/ОаАз и еще одного НЕМТ транзистора с обращенной структурой ОаАз/АЮаАз, составленных вместе. Тогда для порогового напряжения второго канала можно записать: и =ф -У^А'. &£п ч >, а А (7)

и м 4>ь - 2 погаёгаи - )

2е а 2е, е, 2е

где ц = , £2> <1^, с1а - диэлектрическая проницаемость, кон-

юг

центрация доноров и толщины легированной и нелегированной частей нижнего слоя АЮаАв. е, N ^, - диэлектрическая проницаемость, концентрация остаточных акцепторных примесей и толщина слоя ваЛв, N$=1,5*10"12

В выражении (5) емкость двумерного электронного газа на единицу площади С2а определяет наклон характеристики п:: (изи) до момента достижения максимальной концентрации 2Б-газа в потенциальной яме. Для ближнего к затвору канала она определялась как емкость конденсатора, образованного затвором и этим каналом, разделенных слоем диэлектрика АЮаАв. Аналогично можно определить емкость 2В-газа на единицу площади во втором канале, как емкость конденсатора, образованного затвором и вторым каналом, разделенных двумя диэлектрическими слоями АЮаАв и ваЛв. Это может быть выполнено, т.к. когда начинает накапливаться заряд двумерного электронного газа в ближнем к затвору канале, происходит экранирование второго канала от электрода затвора, в результате чего, связь затвора со вторым каналом становится очень слабой. Это обстоятельство приводит к тому, что концентрация носителей заряда во втором канале с ростом напряжения затвор-исток, остается практически неизменной, т.е. насыщается. Иными словами, с ростом напряжения затвор-исток, до момента насыщения концентрации электронов во втором канале, а именно эту область описывает выражение п1г{1131!) в (5), носители заряда в первом канале отсутствуют. Поэтому мы имеем чистый случай конденсатора с двумя слоями диэлектриков.

Известно, что емкость конденсатора с несколькими слоями диэлектриков может быть определена как емкость последовательно соединенных конденсаторов, содержащих по одному из этих диэлектриков. То есть, в нашем случае имеет место последовательное соединение двух конденсаторов: одного с диэлектрическим слоем АЮаАБ, другого - со слоем ОаАв, тогда емкость на единицу площади конденсатора, образованного затвором и вторым каналом, С2Й1 определяется как:

1 1 1 ^ е\е /о,

-- =-+-откуда: С,„, = -—---. (8)

Напряжение насыщения для второго канала будет определяться одним из двух способов. Оно будет равно пороговому напряжению первого канала, если структура транзистора такова, что концентрация заряда во втором канале не успеет достичь максимально возможного значения с ростом напряжения затвор-исток, до того как откроется первый канал. Насыщенное значение концентрации электронов двумерного газа второго канала в этом случае определяется из (5), при Ьт = им. Если концентрация электронов второго канала достигает максимально возможного значения и,02, тогда напряжение насыщения определяется опять же из (5), как напряжение затвора, при котором пг1(и.ш) = п102, т.е.

будет равно ФЪш. + цлг.

Далее, имея для каждого канала двухканального НЕМТ транзистора линейные аппроксимации вида (5), искались модельные параметры для выражения (1), по методике, развитой в первой главе, для получения характеристик близких к реальным. В итоге, поверхностная плотность заряда двухканального НЕМТ транзистора, определялась суммированием плотностей заряда в каналах транзистора. Для учета ККЭ, пороговое напряжение первого и второго каналов следует определять как IIм + Ди илг + соответственно, где ДV^ определяется из (1). Модель была проверена по экспериментальным вольт-амперным характеристикам различных двухканальных НЕМТ транзисторов.

На рис. 4, для примера, приведена рассчитанная крутизна двухканального НЕМТ транзистора. Видно, что если выбрать структуру транзистора таковой, что спад крутизны второго канала (штрих-пунктир) будет приходиться на начало роста крутизны первого канала (пунктир), то суммарная крутизна (сплошная линия) не будет иметь спада в более широком диапазоне напряжений затвор-исток.

На рис.5 приведены рассчитанные характеристики верхней границы динамического диапазона по линейности Дл и коэффициента усиления Ку в зависимости от напряжения затвор-исток ((=2 ГГц, иси=2В) для другого двухканального НЕМТ транзистора (сплошные линии), в сравнении с одноканальным транзистором (пунктирные линии), отличающегося только отсутствием второго канала при идентичных остальных геометрических и электрофизических параметрах. Видно улучшение каждой из характеристик в случае использования двухканального транзистора.

♦ В третьей главе предложено развитие шумовой модели для субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов в СВЧ диапазоне, учитывающей коротко-канальные эффекты. За основу бралась известная аналитическая модель для расчета шумовых коэффициентов в выражениях, определяющих источники шумовых токов эквивалентной схемы одноканального НЕМТ транзистора. Шумовые коэффициенты являются функциями прикладываемых к электродам транзистора напряжений, а в целом, значения шумовых источников тока зависят от нелинейных параметров эквивалентной схемы транзистора, которые рассчитываются по развитым в первых двух главах моделям НЕМТ транзисторов. Знание шумовых коэффициентов позволяет рассчитать минимальный коэффициент шума транзистора в требуемом режиме работы или проводить исследование влияния электрофизических и геометрических параметров транзистора на коэффициент шума. Развитая модель является универсальной и позволяет рассчитывать шумовые характеристики для НЕМТ транзисторов как с одним, так и двумя каналами. Это возможно ввиду того, что для этих транзисторов предлагается использовать одинаковый вид шумовой эквивалентной схемы, учитывая наличие дополнительного канала в зависимостях элементов ЭС от приложенных напряжений.

Такой способ выгоден тем, что он позволяет использовать многие известные соотношения при расчете коэффициента шума транзистора, справедливые для эквивалентной схемы такого вида.

Рис.4. Рис.5.

Поскольку в субмикронных транзисторах существенное влияние на рабочий режим начинают оказывать коротко-канальные эффекты, то, очевидно, их влияние также и на шумовые свойства транзистора, потому предлагаемая модель учитывает также и эти эффекты и позволяет провести исследование их влияния на коэффициент шума транзистора. Выявлено, что ККЭ приводят к некоторому возрастанию коэффициента шума, особенно для больших напряжений сток-исток.

На рис. 6 представлены зависимости минимального коэффициента шума одноканального НЕМТ транзистора (пунктирные линии) и теоретического двухканального транзистора с идентичной структурой (сплошные линии) от напряжения затвор-исток (а) и частоты (б) для разных напряжений сток-исток (1 - иСи=2В, 2 - иСи=ЗВ, 3 - иСи=4В) в сравнении с экспериментальными данными (точки). Видно, что хотя наличие дополнительного канала и приводит к увеличению коэффициента шума, в разных режимах работы транзисторов этих двух типов, коэффициент шума двухканального транзистора можно сделать сравнимым с коэффициентом шума одноканального. В таком случае двухка-нальный НЕМТ транзистор становится перспективным в его использовании и в первых каскадах малошумящих усилителей, особенно, если удается одновременно добиться расширения динамического диапазона линейности усилителя и увеличения коэффициента усиления.

♦ В четвертой главе диссертационной работы рассматривается вопрос обеспечения оптимального сочетания односигнальных и многосигнальных ха-

теля на субмикронном НЕМТ транзисторе в насыщенной электромагнитными помехами обстановке. Речь идёт об отыскании путей управления характеристиками МШУ в меняющейся электромагнитной обстановке. Проведены теоретические исследования зависимостей коэффициента усиления, верхней границы динамического диапазона (ВГДД) по линейности и блокированию и коэффициента шума усилителя от смещающих напряжений на стоке и затворе НЕМТ транзистора, которые характеризуют режим работы МШУ.

Было установлено, что увеличение смещающего напряжения на стоке одно-и двухканальных НЕМТ транзисторов приводит к увеличению динамического диапазона и коэффициента усиления, но при этом возрастают собственные шумы транзисторов. Это указывает на нецелесообразность изменения смещающего напряжения на стоке. Уменьшение же смещающего напряжения на затворе, позволяет не только увеличить динамический диапазон МШУ, но и уменьшить уровень его собственных шумов при допустимом снижении коэффициента усиления. Причем, для двух канального НЕМТ транзистора наибольший интерес представляют две области напряжений на затворе. Первая - напряжение затвор-исток таково, что второй канал транзистора только приоткрыт, тогда возможно получение коэффициента шума, сравнимого с коэффициентом шума однока-нального транзистора и расширение диапазона линейности усилителя по сравнению с одноканальным транзистором. Преимущество усилителя по коэффициенту усиления в этом режиме невелико. И вторая область - напряжение затвор-исток таково, что оба канала транзистора максимально открыты. В этом режиме двухканальный транзистор имеет значительное преимущество по коэффициенту усиления, но и коэффициент шума значительно повышается. Результаты, приведенные в разделе, подтверждают эффективность предлагаемых способов оптимизации характеристик, в соответствии с выбранным критерием качества, путем изменения электрического режима работы МШУ. Показано, что верхняя граница динамического диапазона МШУ по критерию возрастания коэффициента шума на 1 дБ, может бьггь увеличена на 4-8дБ.

Проведенные исследования позволили рассчитать зависимость параметров ЭС, а также коэффициента усиления, коэффициента шума и верхней границы динамического диапазона усилителя от конструктивных параметров субмикронного НЕМТ транзистора с одним и двумя каналами. На этой основе была проведена оптимизация электрофизических и геометрических параметров и показано, что при должном выборе этих параметров, возможно улучшение всех характеристик ЭМС усилителя.

Далее было проведено моделирование характеристик двухкаскадных усилителей на основе одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов с оптимизированными параметрами. На рис. 7 приведены результаты моделирования в виде зависимости коэффициента усиления усилителя от мощности входного сигнала, в сравнении с такими же зависимостями для однокаскадных усилителей на одно- и двухканальных НЕМТ транзисторах (1 и 2 на рис. 7).

На рисунке также пунктиром указана верхняя граница динамического диапазона линейности усилителя, определяемая мощностью сигнала на входе, при которой коэффициент усиления падает на 1дБ. При этом исследовалось три

К>с, дБ

Рис. 7.

варианта. Первый - в обоих каскадах использовался одноканальный НЕМТ транзистор (кривая 3 на рис. 7), второй вариант - во втором каскаде одноканальный транзистор заменен на двухканальный (кривая 4) и третий вариант -двухканапьный транзистор использовался в обоих каскадах (кривая 5). Видно, что ввиду более широкого диапазона прикладываемых напряжений двухканаль-ного транзистора, при его использовании во втором каскаде, удается достичь высокого коэффициента усиления с сохранением значения ВГДД и коэффициента шума, определяемого транзистором первого каскада. Применение однока-нального транзистора и в первом и во втором каскадах не выгодно, в связи со значительным уменьшением ВГДД в результате того, что на второй каскад поступает усиленный сигнал, и граница линейности второго каскада достигается при более низких уровнях сигнала на входе двухкаскадного усилителя, что снижает ВГДД усилителя в целом. При использовании двухканальных НЕМТ транзисторов в обоих каскадах, ВГДД усилителя так же меньше, чем ВГДД только первого каскада, но она немного выше, чем в случае с одноканальным транзистором в первом каскаде. Но и коэффициент шума такой системы так же выше.

Из приведенных на рис.7 зависимостей можно сделать вывод, что наиболее выигрышно для характеристик ЭМС использование двухканального НЕМТ транзистора во втором каскаде усилителя и одноканального - в первом..

♦ В заключении подведены итоги по диссертационной работе в целом и сформулированы основные результаты, которые сводятся к следующему:

1. Разработана улучшенная модель субмикронных одно- и двухканального НЕМТ транзисторов, позволяющая с большей точностью рассчитывать нелинейные характеристики НЕМТ транзистора, с учетом возникающих в таких транзисторах коротко-канальных эффектов.

2. Показано существенное влияние доминирующих коротко-канальных эффектов на режим работы и различные характеристики транзистора, и что их учет приводит к повышению точности и предсказательной способности модели.

3. Предложен метод расчета шумовых токов ЭС и минимального коэффициента шума НЕМТ транзистора с одним и двумя каналами с учетом коротко-канальных эффектов.

4. Разработана программа, моделирующая субмикронный НЕМТ транзистор, позволяющая провести численный эксперимент для расчета его характеристик в зависимости от конструктивных и электрофизических параметров.

5. Предложена методика интеграции модели НЕМТ транзистора в пакет схемотехнического проектирования Ое$1§пЬаЬ 8.0 с целью расчета Б-параметров транзистора и построения модели усилителя.

6. Проведено моделирование усилителя на основе одно- и двухканального субмикронного НЕМТ транзистора. Показано, что с применением двухканального транзистора возможно как увеличение коэффициента усиления, так и расширение динамического диапазона усилителя по сравнению с однока-нальным транзистором.

7. Исследовано поведение зависимостей коэффициента усиления, коэффициента шума, верхней границы динамического диапазона по линейности МШУ от режима работы и конструктивных параметров одноканальных и двухканаль-ных НЕМТ транзисторов. Проведенные исследования позволяют синтезировать данные усилители с улучшенными параметрами электромагнитной совместимости.

8. Проведен анализ возможности улучшения характеристик электромагнитной совместимости, двухкаскадных усилителей, применяя двухканальный НЕМТ транзистор. Показано, что использование такого транзистора во втором каскаде позволяет значительно увеличить коэффициент усиления усилителя, сохраняя ВГДД и коэффициент шума, определяемые первым каскадом.

♦ Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Хребтов И.В. Аналитическая модель для субмикронных НЕМТ транзисторов с учетом коротко-канальных эффектов / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Известия ВУЗов. Электроника. - 2005. - №3. - с. 14-21.

2. Хребтов И.В. Моделирование характеристик ЭМС МШУ на субмикронных НЕМТ транзисторах / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2004. - Т.7. - №4. - с. 103109.

3. Хребтов И.В. Расчет параметров малосигнальной модели и шумовых источников короткоканальных НЕМТ транзисторов в СВЧ диапазоне / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика. - 2005. - №1 - с.26-36.

4. Хребтов И.В. Моделирование субмикронных транзисторов с высокой подвижностью электронов / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов. // Теория и техника радиосвязи. - 2004. - №2. - с. 51-62.

5. Хребтов И.В. Моделирование сдвига порогового напряжения в субмикронных НЕМТ транзисторах / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: тр. 9 Международ. науч.-техн. конф., Дивноморское, 12-17 сент. 2004 г. - ч. 2.— с. 4043.

6. Хребтов И.В. Моделирование нелинейных характеристик многокаскадных СВЧ-усилителей на НЕМТ-транзисторах с применением пакета Оез1§пЬаЬ 8.0 / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Радиолокация, навигация и

»24529

связь: IX междунар. науч.-техн. конф., 22-24 апр. 2003 г. — 2003,—Т. 1 .— с. 1931-1943.

2006-4

7. Хребтов И.В. Влияние короткоканальных эффектов в НЕМ!--~

на параметры его малосигнальной модели / И.В.Хребтов, А О CQ // Радиолокация, навигация, связь: X междунар. науч.-техн.

апр. 2004 г. — Воронеж. — 2004 .— Т. 1 .— с. 461-469.

8. Хребтов И.В. Моделирование короткоканальных эффектов в НЕМТ транзисторе / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Радиолокация, навигация, связь: X междунар. науч.-техн. конф., 13-15 апр. 2004 г. — Воронеж. — 2004.— Т. 1 .— с. 470-478.

9. Хребтов И.В. Методика моделирования субмикронных НЕМТ транзисторов с учетом собственных шумов / И.В. Хребтов, A.M. Бобрешов // Радиолокация, навигация, связь : 11 Международ, науч.-техн. конф., 12-14 апр. 2005 г.— Воронеж. - 2005.— Т. 1. - с. 541-547.

10. Хребтов И.В. Влияние коротко-канальных эффектов на характеристики ЭМС НЕМТ транзистора / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность. 8-я Российская науч.-техн. конф., г. Санкт-Петербург, 2004 г. — с. 397-401.

11. Хребтов И.В. Обеспечение электромагнитной совместимости усилителей на субмикронных транзисторах с высокой подвижностью электронов / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // 6-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, 21-24 июня 2005 г. - Санкт-Петербург - 2005. — с. 210-213.

12. Khrebtov I.V. Influence of the short-channel effects in HEMTs on EMC characteristics of the HEMT-based amplifier / I.V. Khrebtov, A.M. Bobreshov // In proc. of the 16th International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility, Zurich, February 13-18,2005. - pp. 232-236.

13.Хребтов И.В.. Расчет характеристик НЕМТ транзиторов в условиях короткого канала / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Физика и технические приложения волновых процессов: Тез. докл. и сообщ. 3-й Международ, науч.-техн. конф., 6-12 сент. 2004 .— Воронеж.— 2004. - с. 304.

Заказ Ms 847 от 18.11 05 г. Тир 100 экз. Лаборатория оперативной полиграфии ВГУ

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Хребтов, Игорь Владимирович

Список используемых сокращений.

Введение.

Глава 1. Моделирование усилителя СВЧ на субмикронном НЕМТ транзисторе в нелинейном режиме.

1.1. Коротко-канальные эффекты в субмикронном НЕМТ транзисторе и методика их моделирования.

1.2. Описание нелинейной аналитической модели субмикронного НЕМТ транзистора.

1.3. Расчет нелинейных элементов эквивалентной схемы НЕМТ транзистора.

1.4. Методика интеграции модели НЕМТ транзистора в среду схемотехнического проектирования DesignLab 8.0.

1.5. Влияние доминирующих коротко-канальных эффектов на характеристики НЕМТ транзистора.

1.6. Модель СВЧ усилителя. Влияние коротко-канальных эффектов на характеристики электромагнитной совместимости усилителя на субмикронном НЕМТ транзисторе.

Выводы.

Глава 2. Моделирование усилителя на двухканальном субмикронном НЕМТ транзисторе.

2.1. Аналитическая модель двухканального субмикронного НЕМТ транзистора.

2.2. Влияние дополнительного канала на характеристики элементов эквивалентной схемы двухканального НЕМТ транзистора.

2.3. Влияние дополнительного канала на характеристики электромагнитной совместимости усилителя на двухканальном субмикронном НЕМТ транзисторе.

Выводы.

Глава 3. Исследование шумовых характеристик СВЧ усилителей на субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторах.

3.1. Основные источники возникновения шумов в НЕМТ транзисторах.

3.2. Развитие шумовой модели для субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов, учитывающей эффекты короткого канала.

3.3. Влияние дополнительного канала субмикронного НЕМТ транзистора и коротко-канальных эффектов на коэффициент шума усилителя на его основе.

Выводы.

Глава. 4. Оптимизация конструктивных параметров и режима работы одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов с целью улучшения характеристик помехозащищенности усилителей СВЧ на их основе.

4.1. Влияние напряжения смещения на затворе и стоке субмикронного одноканального НЕМТ транзистора на характеристики электромагнитной совместимости МШУ.

4.2. Влияние электрофизических и геометрических параметров субмикронного одноканального НЕМТ транзистора на характеристики электромагнитной совместимости МШУ.

4.3. Влияние электрофизических и геометрических параметров и режима работы двухканального субмикронного НЕМТ транзистора на характеристики электромагнитной совместимости МШУ.

4.4. Оптимизация характеристик электромагнитной совместимости в двухкаскадных усилителях СВЧ на основе одно- и двухканальных субмикронных НЕМТ транзисторах.

Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Моделирование и оптимизация характеристик субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов и усилителей СВЧ на их основе"

Диссертационная работа посвящена исследованию и развитию методов анализа и синтеза входных устройств, построенных на базе субмикронных транзисторов с высокой подвижностью электронов (НЕМТ транзисторов) [15] и применению данных методов для предсказания и улучшения реальных характеристик помехозащищенности малошумящих усилителей (МШУ).

Актуальность темы

Исследования, проводимые в данной работе, связаны с проблемами обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) и устойчивого функционирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в условиях помех [6-20]. Резкое усложнение электромагнитной обстановки (ЭМО) обусловлено непрерывным возрастанием общего числа радиоэлектронных средств (РЭС) и загруженностью освоенных диапазонов, что влечет за собой возрастание общего уровня электромагнитных помех. Если при этом учесть еще несовершенство технических характеристик РЭС и их сосредоточение на ограниченной территории, то проблема обеспечения электромагнитной совместимости становится особенно актуальной. Особый интерес данные исследования представляют для разработчиков радиоприемных устройств (РПУ), входящих в комплексы подвижных объектов (кораблей, самолетов) и функционирующих в наиболее сложных помеховых условиях.

В настоящее время широкое применение во входных каскадах РПУ находят субмикронные гетероструктурные полевые транзисторы с селективным легированием (НЕМТ транзисторы). Они получают широкое распространение благодаря своим чрезвычайно малым собственным шумам в наземных и космических телекоммуникационных системах, радиотелескопах в астрономии, приемниках прямого спутникового вещания и навигационном оборудовании. Кроме того, эти транзисторы являются многообещающими кандидатами для достижения очень высокого быстродействия, вплоть до ТГц диапазона частот. Уже сейчас группа лабораторий «Fujitsu» в Японии объявила о создании НЕМТ транзистора, имеющего граничную частоту 562 ГГц [21]. В результате достижений в технологии производства субмикронных приборов, существует тенденция уменьшения длины затворов транзисторов с целью дальнейшего повышения их рабочей частоты, а заодно и степени интеграции в ИС.

Исследованию НЕМТ транзисторов и их моделированию на сегодняшний день посвящено достаточно большое количество публикаций [22-35]. Как было показано, критерии качества прохождения сигнала в нелинейном режиме усилителя на НЕМТ транзисторе зависят от конструктивных параметров и режима работы прибора. За счет их оптимизации может быть достигнуто значительное увеличение порога восприимчивости усилителя к помехам. Однако в работах недостаточно уделяется внимание моделированию характеристик ЭМС НЕМТ транзисторов с субмикронным затвором. Исследования показывают, что в таких структурах особую важность играют коротко-канальные эффекты (ККЭ) [38-39], существенно влияющие как на режим работы, так и на характеристики приборов, и при длинах затвора менее 1мкм ими уже нельзя пренебрегать.

Актуальной практической задачей является сочетание широкого динамического диапазона, малых шумов и высокого коэффициента усиления в многокаскадных усилителях. За снижение динамического диапазона в присутствии интенсивной помехи отвечают не только первый, но и последующие каскады входных малошумящих усилителей. Поэтому, естественно, что первый каскад необходимо оптимизировать на получение максимально возможного динамического диапазона и минимального коэффициента шума, а последующие каскады на минимум снижения общей линейности усилителя. С этой целью в работе исследуется новый класс двух-или многоканальных НЕМТ транзисторов [40-41]. Наличие дополнительных каналов позволяет значительно расширить диапазон используемых уровней входных сигналов и повысить коэффициент усиления усилителей на таких приборах, сохраняя при этом высокое быстродействие, присущее технологии транзисторов с высокой подвижностью электронов.

Большое число публикаций, вышедших до настоящего времени и то видное место, которое занимают вопросы анализа и изучения исследования усилителей на НЕМТ транзисторах в научных программах, подтверждает незавершённость существующих исследований. В особенности это относится к различного рода задачам исследования свойств транзисторов с длиной затвора менее микрона и нелинейного взаимодействия многочастотных и шумовых сигналов в усилителях на их основе.

В число конструктивных параметров МШУ входят электрофизические и геометрические параметры НЕМТ транзисторов, которые в первую очередь определяют рабочие характеристики усилителя. На современном этапе моделирования транзистор представляется в виде эквивалентной схемы (ЭС) с сосредоточенными элементами, учитывающей нелинейные и шумовые свойства. Благодаря развитию вычислительной техники появилась возможность рассчитывать достаточно сложные модели транзистора, поэтому ставится задача не упрощения, а развития их точности представления. В работе проводится оптимизация конструктивных параметров субмикронного НЕМТ транзистора с целью увеличения верхней границы динамического диапазона усилителя. Электрические режимы каскадов МШУ определяются напряжениями внешних источников питания, что позволяет использовать адаптивный выбор режима в зависимости от помеховой обстановки.

Целью работы является:

Основные задачи диссертации вытекают непосредственно из ее целей:

- синтезировать модель одно- и двухканальных субмикронных НЕМТ транзисторов, позволяющую анализировать нелинейные и шумовые характеристики МШУ;

- изучить влияние доминирующих коротко-канальных эффектов на нелинейные параметры модели субмикронных НЕМТ транзисторов и их шумовые характеристики;

- исследовать влияние режима работы субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов на значения верхней границы динамического диапазона усилителя на их основе по различным нелинейным эффектам; исследовать влияние конструктивных параметров одно- и двухканальных субмикронных НЕМТ транзисторов на значение верхней границы линейности передаточной характеристики усилительного каскада и выбрать их оптимальные величины; исследовать возможность улучшения характеристик электромагнитной совместимости в двухкаскадных усилителях СВЧ на основе одно- и двухканальных субмикронных НЕМТ транзисторов.

Научная новизна

В диссертационной работе разработана модель субмикронного НЕМТ транзистора с одним и двумя каналами с расширенной областью применения и исследовано влияние его геометрических и электрофизических параметров, а также режима работы по постоянному току на многосигнальные характеристики усилительного каскада в нелинейном режиме. Особенностью модели является учет доминирующих эффектов короткого канала, помимо насыщения дрейфовой скорости электронов, существенно влияющих на режим работы субмикронных НЕМТ транзисторов, в результате чего модель претендует на повышенную точность расчета и улучшенную предсказательную способность. Так же особенностью модели двухканального субмикронного НЕМТ транзистора является возможность расчета характеристик транзистора раздельно по каждому из каналов, что важно при оптимизации структуры транзистора с целью управления линейностью его характеристик.

В работе проведено исследование влияния доминирующих коротко-канальных эффектов на режим работы субмикронного НЕМТ транзистора, параметры его эквивалентной схемы и шумовые характеристики.

На основе предложенной модели проведена оптимизация конструктивных параметров и сформулированы рекомендации для разработки субмикронных НЕМТ транзисторов и усилителей на их основе с улучшенными характеристиками электромагнитной совместимости.

Проведено исследования возможности улучшения характеристик ЭМС усилителя с двумя каскадами применяя одно- и двухканальный НЕМТ транзистор и сформулированы необходимые рекомендации.

Практическая ценность

Полученные в работе результаты исследования позволяют определить конструктивные и электрофизические параметры одно- и двухканальных субмикронных НЕМТ транзисторов для усилителей с улучшенными характеристиками помехозащищенности до их изготовления. Для проведения таких исследований разработана компьютерная программа, позволяющая оперативно рассчитывать и оптимизировать характеристики параметров ЭС транзистора. Предложен метод интеграции полученных параметров эквивалентной схемы транзистора в пакет схемотехнического проектирования Бе81§пЬаЬ 8.0, для расчета характеристик электромагнитной совместимости усилителя на НЕМТ транзисторах в нелинейном режиме.

Состояние исследуемой проблемы

НЕМТ транзисторы получают широкое распространение благодаря своим высоким эксплутационным характеристикам. Они позволяют дают возможность получать усиление в широкой полосе частот в СВЧ-диапазоне и обладают низким уровнем собственных шумов [42,43]. К примеру, для полевых транзисторов с затвором Шотки минимальный коэффициент шума составляет 5.5 дБ на частоте 100 ГГц, в то время как для НЕМТ транзисторов он снижается до 2.5 дБ [44].

Применение НЕМТ транзисторов очень перспективно благодаря совместимости технологий в монолитных интегральных схемах (МИС), например в МИС приемопередающих модулей. Такие модули с малыми габаритами и массой, с высокой надежностью, малой стоимостью находят широкое применение в системах связи и радиолокации.

Основное направление разработчиков НЕМТ транзисторов касается улучшения их усилительных и шумовых свойств в малосигнальном режиме. И в этой области исследователи уже добились достаточно высоких результатов.

В настоящее время постоянное увеличение числа радиоэлектронных средств и их уплотнение приводит к возрастанию уровня шума в радиочастотном диапазоне. Это заставляет разработчиков радиоприемных и передающих устройств переходить к более высоким рабочим частотам и активно использовать СВЧ-диапазон. Однако даже в области СВЧ плотность радиоэлектронных средств и количество передаваемой информации постоянно повышается, особенно в условиях современных мегаполисов. Это относится и к области военного применения, но здесь проблема усугубляется еще и тем, что помехи могут создаваться противником преднамеренно, что еще более повышает требования к надежности радиоприемных устройств и их способности эффективно работать в условиях действия различных типов помех. Таким образом усложняющаяся электромагнитная обстановка требует повышенного внимания к восприимчивости к помехам отдельных радиоэлектронных средств [9,45].

Если изделие не удовлетворяет требованиям ЭМС, то остальные показатели качества могут потерять значение, поскольку изделие не сможет обеспечить прием полезного сигнала.

Заметим, что наиболее уязвимой частью РЭС являются входные цепи. Это связано с тем, что применение фильтров на входе РПУ наряду с увеличением реальной избирательности снижает чувствительность входного тракта приемника за счет потерь в самом фильтре, и зачастую делает невозможным прием слабых сигналов. С другой стороны, сильная помеха может вызвать блокирование входного МШУ. Поэтому в литературе уделяется много внимания моделированию входных цепей с целью повышения их помехозащищенности [11,15]. При этом наибольший интерес для исследователя представляют нелинейные усилительные элементы входной цепи, так как в первую очередь они формируют ее свойства. В качестве таких элементов широко используются полупроводниковые устройства, среди которых получают широкое распространение НЕМТ транзисторы.

Не случайно именно НЕМТ транзисторам и их моделированию посвящено большое число публикаций и монографий [46-51]. При этом упор в исследованиях, как правило, делается на повышение адекватности используемых моделей, расширении их области применения и учету всех возможных факторов, относящихся к конструктивным параметрам и технологии изготовления. При расчете моделей НЕМТ транзисторов широко используются достижения в области вычислительной техники и численных методов [52-56]. Такой подход имеет неоспоримые преимущества как для понимания физических процессов работы НЕМТ транзисторов, например, при моделировании методом Монте-Карло, так и для получения транзисторов с наилучшими характеристиками быстродействия, усилительными и шумовыми свойствами. Но при этом остаются слабо исследованные области. В частности, в литературе мало внимания уделено исследованию нелинейных свойств одно- и многоканальных НЕМТ транзисторов с длиной затвора менее микрона в условиях наличия эффектов короткого канала, а также влиянию конструктивных параметров одно- и многоканальных субмикронных НЕМТ транзисторов на характеристики электромагнитной совместимости, в какой-то мере определяемые видом нелинейной передаточной характеристики транзистора. Исследованию данной проблемы посвящена значительная часть представленной работы. В результате был намечен подход к выбору конструктивных параметров, а также режима работы для субмикронных транзисторов с улучшенными характеристиками электромагнитной совместимости.

Необходимо отметить и тот факт, что большая часть схемотехнических расчетов разработчиками производится сегодня на основе 8Р1СЕ-совместимых программ, поэтому результаты моделирования транзистора должны быть представлены в таком виде, который позволял бы их использовать в этих пакетах при проектировании различных устройств на их основе.

В первой главе диссертационной работы предложена модель субмикронного НЕМТ транзистора, использующая аналитические соотношения, основанные на принципе его работы, позволяющие задать простую линейную аппроксимацию зависимости концентрации носителей заряда от прикладываемых напряжений, от которой, в дальнейшем, происходит переход к более сложной зависимости, хорошо описывающей реальные характеристики транзистора. Данный подход применим к любым НЕМТ структурам, не требует использования больших вычислительных ресурсов и обладает большей точностью по сравнению с решением, основанном на аппроксимации треугольной потенциальной ямы с двумя квантованными энергетическими уровнями. Основываясь на данной зависимости, могут быть получены вольт-амперные характеристики и нелинейные параметры эквивалентной схемы транзистора. При этом, в модели НЕМТ транзистора выделяют две области: область насыщения, где носители заряда в канале движутся с максимальной средней скоростью, равной скорости насыщения, и области, где средняя скорость носителей заряда еще не достигла скорости насыщения. Граница области насыщения находится из условия равенства токов.

Особенностью предлагаемой модели является учет доминирующих коротко-канальных эффектов (ККЭ), возникающих в транзисторах с длиной затвора менее микрона, помимо эффекта насыщения дрейфовой скорости электронов. К таким ККЭ относятся: изменение порогового напряжения транзистора с изменением длины затвора, изменение порогового напряжения с напряжением сток-исток, а также ударная ионизация в канале транзистора, с которой связывают аномальный рост тока стока в насыщении, что так же предлагается моделировать, через изменение порогового напряжения [38, 39, 57-59].

Для их учета была предложена аналитическая модель для изменения порогового напряжения транзистора в условиях короткого канала, которая легко настраивается под конкретный транзистор по его вольт-амперной характеристике.

Для проведения расчета с использованием данной методики разработана программа, моделирующая субмикронный НЕМТ транзистор, позволяющая получать зависимость параметров ЭС НЕМТ транзистора от геометрических и электрофизических параметров прибора, а также режима работы транзистора по постоянному току. Было показано, что ККЭ существенным образом влияют на режим работы и характеристики транзистора и поэтому обязательно должны учитываться при моделировании субмикронных транзисторов для повышения точности расчета и предсказательной возможности модели.

Для изучения характеристик электромагнитной совместимости усилителя на субмикронном НЕМТ транзисторе, предложен метод интеграции модели транзистора в пакет схемотехнического проектирования DesigrLLab 8.0 для построения модели усилителя. Произведенный расчет некоторых характеристик ЭМС усилителя, а также Б-параметров транзистора без учета и с учетом эффектов короткого канала, показал улучшение соответствия с экспериментом в последнем случае, что подтверждает правильность избранного нами пути к дальнейшему улучшению моделей субмикронных приборов.

Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованию нового класса полевых транзисторов, являющихся непосредственным развитием НЕМТ транзисторов при добавлении дополнительных каналов проводимости с двумерным электронным газом. В данной работе рассматриваются субмикронные НЕМТ транзисторы с двумя каналами. Фактически, это достигается использованием дополнительного легированного слоя под каналом обычного НЕМТ транзистора, образующего еще один гетеропереход [40, 41]. Наличие дополнительного канала принципиально меняет качество прибора. Повышается коэффициент усиления, расширяется диапазон используемых напряжений на входе транзистора, уменьшается степень ударной ионизации - эффекта короткого канала, приводящего к росту выходной проводимости транзистора, снижающего коэффициент усиления. Многоканальные НЕМТ транзисторы относятся уже к классу мощных транзисторов, сохраняя при этом высокое быстродействие, присущее технологии гетероструктурных полевых транзисторов [60-64].

Методика моделирования усилителей на двухканальных НЕМТ транзисторах остается такой же, что и для одноканальных. Сохраняется вид эквивалентной схемы, однако, зависимости для нелинейных элементов схемы отличаются и рассчитываются уже по новой модели двухканальных НЕМТ транзисторов.

В результате моделирования характеристик электромагнитной совместимости усилителя на субмикронном двухканальном НЕМТ транзисторе было в частности показано увеличение диапазона линейности и коэффициента усиления, ввиду чего представляется перспективным использование двухканального НЕМТ транзистора во втором каскаде приемно-усилительной системы.

В третей главе предложено развитие шумовой модели для субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов в СВЧ диапазоне, учитывающей коротко-канальные эффекты. За основу бралась известная аналитическая модель для расчета шумовых коэффициентов в выражениях, определяющих источники шумовых токов эквивалентной схемы одноканального НЕМТ транзистора. Один из шумовых источников включается на входе активной области транзистора и отражает индуцированный шум затвора, определяемый флуктуациями напряжения затвор-канал, другой - на выходе, отражающий тепловой шум проводящей части канала. Шумовые коэффициенты являются функциями прикладываемых к электродам транзистора напряжений, а в целом, значения шумовых источников тока зависят от нелинейных параметров эквивалентной схемы транзистора, т.е. по сути, и сами являются нелинейными. Знание шумовых коэффициентов позволяет рассчитать минимальный коэффициент шума транзистора в требуемом режиме работы или проводить исследование влияния электрофизических и геометрических параметров транзистора на коэффициент шума.

Предлагаемая модель является универсальной и позволяет рассчитывать шумовые характеристики для НЕМТ транзисторов как с одним, так и двумя каналами. Это возможно ввиду того, что для этих транзисторов предлагается использовать одинаковый вид эквивалентной схемы, учитывая наличие дополнительного канала в зависимостях элементов ЭС от приложенных напряжений.

В ходе расчета шумовых характеристик одно- и двухканального субмикронного НЕМТ транзистора было установлено, что хотя наличие дополнительного канала и приводит к увеличению коэффициента шума, в разных режимах работы транзисторов этих двух типов, коэффициент шума двухканального транзистора можно сделать сравнимым с коэффициентом шума одноканального. В таком случае двухканальный НЕМТ транзистор становится перспективным в его использовании и во входных каскадах малошумящих усилителей, особенно, если удается одновременно добиться расширения динамического диапазона линейности усилителя.

Четвертая глава диссертационной работы посвящена вопросу обеспечения оптимального сочетания односигнальных и многосигнальных характеристик, позволяющего использовать потенциальные возможности усилителя на субмикронном НЕМТ транзисторе в насыщенной электромагнитными помехами обстановке. Речь идёт об отыскании путей управления характеристиками МШУ в меняющейся ЭМО. Проведены теоретические исследования зависимостей коэффициента усиления, верхней границы динамического диапазона (ВГДД) по линейности и блокированию и коэффициента шума усилителя от смещающих напряжений на стоке и затворе НЕМТ транзистора, которые характеризуют режим работы МШУ.

Было установлено, что увеличение смещающего напряжения на стоке одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов приводит к увеличению динамического диапазона и коэффициента усиления, но при этом возрастают собственные шумы транзисторов. Это указывает на нецелесообразность изменения смещающего напряжения на стоке. Уменьшение же смещающего напряжения на затворе, позволяет не только увеличить динамический диапазон МШУ, но и уменьшить уровень его собственных шумов при допустимом снижении коэффициента усиления. Причем, для двухканального НЕМТ транзистора наибольший интерес представляют две области напряжений на затворе. Первая - напряжение затвор-исток таково, что второй канал транзистора только приоткрыт, тогда возможно получение коэффициента шума, сравнимого с коэффициентом шума одноканального транзистора и расширение диапазона линейности усилителя по сравнению с одноканальным транзистором. Преимущество усилителя по коэффициенту усиления в этом режиме невелико. И вторая область - напряжение затвор-исток таково, что оба канала транзистора максимально открыты. В этом режиме двухканальный транзистор имеет значительное преимущество по коэффициенту усиления, но и коэффициент шума значительно повышается. Результаты, приведенные в разделе, подтверждают эффективность предлагаемых способов оптимизации характеристик, в соответствии с выбранным критерием качества, путем изменения электрического режима работы МШУ. Показано, что верхняя граница динамического диапазона МШУ по критерию возрастания коэффициента шума на 1дБ, может быть увеличена на 4-8дБ.

Далее было проведено моделирование характеристик двухкаскадных усилителей на основе одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов с оптимизированными параметрами.

При этом исследовалось три варианта. Первый - в обоих каскадах использовался одноканальный НЕМТ транзистор, второй вариант - во втором каскаде одноканальный транзистор заменен на двухканальный и третий вариант - двухканальный транзистор использовался в обоих каскадах. Было установлено, что виду более широкого диапазона прикладываемых напряжений двухканального транзистора, при его использовании во втором каскаде, удается достичь значительно более высокого коэффициента усиления с сохранением значения ВГДД и коэффициента шума, определяемыми транзистором первого каскада, в качестве которого лучше использовать одноканальный транзистор.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты.

Основными положениями, выносимыми на защиту, являются: аналитическая модель для расчета нелинейных характеристик элементов ЭС субмикронного одно- и двухканального НЕМТ транзистора на основе его конструктивных и электрофизических параметров, учитывающая доминирующие эффекты короткого канала; методика расчета шумовых источников тока эквивалентной схемы и коэффициента шума субмикронного одно- и двухканального НЕМТ транзистора с учетом эффектов короткого канала; результаты оптимизации электрофизических и конструктивных параметров субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторов с целью улучшения характеристик ЭМС МШУ на их основе; рекомендации по улучшению характеристик ЭМС усилителя с одним и двумя каскадами на субмикронных одно- и двухканальных НЕМТ транзисторах в зависимости от их режима работы.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

IX Международной науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», Дивноморское, 2004г.

IX, X, XI Международных научно - технических конференциях «Радиолокация, навигация и связь», Воронеж, 2003, 2004, 2005 г., соответственно;

VIII Российская науч.-техн. конф., Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность, г. Санкт-Петербург, 2004 г.

VI Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, г. Санкт-Петербург, 2005г.

III Международ, науч.-техн. конф. «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Волгоград, 2004 г.

Научных сессиях Воронежского государственного университета, г. Воронеж, 2003, 2004, 2005 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах [68, 69, 78, 79, 82, 83, 85, 113, 114, 130-133].

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 142 наименования, и приложения. Объем диссертации составляет 165 страниц, включая 97 страниц основного текста, 47 страниц рисунков, 15 страниц списка литературы, 1 страницы приложения.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

Выводы

1. Проведено теоретическое исследование влияния электрического режима работы МШУ на одно- и двухканальных НЕМТ транзисторах по постоянному току при оптимизации их односигнальных, многосигнальных и шумовых характеристик.

2. Исследовано поведение зависимостей коэффициента усиления, коэффициента шума, верхней границы динамического диапазона по линейности от конструктивных параметров одноканальных и двухканальных НЕМТ транзисторов. Проведенные исследования позволяют синтезировать данные транзисторы с улучшенными параметрами электромагнитной совместимости. Проведена оптимизация конструктивных параметров для улучшения нелинейных свойств усилительного каскада на их основе. Показано, что на основе двухканального НЕМТ транзистора можно получить усилитель с повышенной ВГДД линейности усилителя.

3. Исследовано поведение зависимостей коэффициента усиления, коэффициента шума, верхней границы динамического диапазона линейности усилителя от рабочего режима одно- и двухканального НЕМТ транзисторов. Показано, что для исследуемого усилителя увеличение смещающего напряжения на стоке этих транзисторов приводит к увеличению динамического диапазона и коэффициента усиления, но при этом возрастают собственные шумы транзистора. Уменьшение же смещающего напряжения на затворе позволяет не только увеличить динамический диапазон МШУ, но и уменьшить уровень его собственных шумов при допустимом снижении коэффициента усиления.

4. Показано, что для двухканального НЕМТ транзистора наибольший интерес представляют две области напряжений на затворе. Первая -напряжение затвор-исток такого, что второй канал транзистора только приоткрыт, тогда возможно получение коэффициента шума двухканального транзистора, сравнимого с коэффициентом шума одноканального транзистора и расширение диапазона линейности усилителя. Преимущество двухканального транзистора по коэффициенту усиления в этом режиме невелико. И вторая область - напряжение затвор-исток такого, что оба канала транзистора максимально открыты. В этом режиме двухканальный транзистора имеет преимущество только по коэффициенту усиления.

5. Проведенное исследование возможности улучшения характеристик ЭМС двухкаскадных усилителей на основе одно- и двухканальных транзисторов показало, что наиболее выигрышно использовать одноканальный транзистор в первом каскаде, а двухканальный - во втором. При этом достигается значительный выигрыш в коэффициенте усиления с сохранением значения ВГДД и коэффициента шума, определяемых первым каскадом.

Заключение

5. Предложена методика интеграции модели НЕМТ транзистора в пакет схемотехнического проектирования Оез1§пЬаЬ 8.0 с целью расчета 8-параметров транзистора и построения модели усилителя.

7. Исследовано поведение зависимостей коэффициента усиления, коэффициента шума, верхней границы динамического диапазона по линейности МШУ от режима работы и конструктивных параметров одноканальных и двухканальных НЕМТ транзисторов. Проведенные исследования позволяют синтезировать данные усилители с улучшенными параметрами электромагнитной совместимости.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Хребтов, Игорь Владимирович, Воронеж

1. Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия / Шур М. //Пер. с англ.- М.: Мир, 1991.- 632 с.

2. Пожела Ю. Физика сверхбыстродействующих транзисторов. / Пожела Ю., Юцене В. // Вильнюс, Мокслас, 1985.-112 с.

3. F. Ali. HEMTs and HBTs devices, fabrication and circuits: Ксерокопия / Ed. F.Ali, A.Gupta. // Boston; London: Artech House, 1991.- 37lp.

4. R.L.Ross. Pseudomorphic HEMT technology and applications: Proc.of the NATO Advanced study inst. on pseudomorphic HEMT technology and applications / Ed. R.L.Ross et al. // Erice, Sicily, Italy, July 14-25, 1994 -Dordrecht et al: Kluwer, 1996.-350 p.

5. Пожела Ю. К. Физика быстродействующих транзисторов / Пожела Ю. К. //Монография.- Вильнюс: Моноклас, 1989.- 264 с.

6. Владимиров В.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем / Владимиров В.И., Докторов А.Л., Елизаров Ф.В. и др. // Под ред. Н.М.Царькова.- М.: Радио и связь, 1985. -272с.

7. Бабанов Ю.Н. Проблема взаимных помех при совместной работе радиосистем. / Бабанов Ю.Н., Силин A.B. // Учебн. пособие.- ГГУ, 1975.

8. Голубев В.Н. Эффективная избирательность радиоприёмных устройств. / Голубев В.Н. // М.: Связь, 1978,- 144с.

9. Князев А. Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. / Князев А. Д. // М.: Радио и связь, 1984. 336с.

10. Грибов Э.Б. Нелинейные явления в приёмопередающем трактеаппаратуры связи на транзисторах. / Грибов Э.Б. // М.: Связь, 1971. 264с.

11. Бокк О.Ф. Динамический диапазон транзисторных каскадов радиоприёмных устройств / Бокк О.Ф., Грибов Э.Б., Чернолихова В.П. // Радиотехника.-1974.- т.29, N 6.- С.65-70.

12. Алгазинов Э.К. Входные усилители СВЧ в свете требований электромагнитной совместимости / Алгазинов Э.К., Мноян В.И. // Радиотехника.- 1985.- N 8.-C.3-13.

13. Хотунцев Ю.Л. Интермодуляционные искажения в приёмных и передающих СВЧ полупроводниковых устройствах / Хотунцев Ю.Л. // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. -1983. 26, N10. - С.28-38.

14. Петровский В.И. ЭМС радиоэлектронных средств. / Петровский В.И., Седельников Ю.Е. // М.: Радио и связь, 1986. 216с.

15. Голубев В.Н. Оптимизация главного тракта приема радиоприемного устройства. / Голубев В.Н. // М.: Радио и связь, 1982. 144с

16. Бобрешов А.М. Оптимизация СВЧ усилителей в условиях действия помех. / Бобрешов А.М. // В кн.: Проблемы электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. Всесоюзное научно-техническое совещание.-М: Радио и связь, 1982.- С.73.

17. Алгазинов Э.К. Влияние помех на шумовые параметры входных транзисторных каскадов приёмников СВЧ / Алгазинов Э.К., Аверина Л.И., Бобрешов А.М. // Сб.трудов конф. "Направления развития систем и средств радиосвязи" Воронеж -1996,- С. 1163-1165.

18. Crosmun А.М. Minimization of intermodulation distortion in GaAs MESFET small-signal amplifïers / Crosmun A.M., Maas S.A. // IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech. 1989. - v.37, N9. - P.1411-1417.

19. Волков E.A. Устранение эффекта блокирования в каскадахрадиоприемных устройств при минимизации их интермодуляционных искажений / Волков Е.А., Говорухин Д.Н. // Радиотехника. -1990. № 4. - С. 27-31.

20. Малевич И.Ю. Проектирование высоколинейных усилительных трактов с последовательной структурой / Малевич И.Ю. // Радиотехника. -1999.-№1.-С.91-93.

21. Y.Yamashita, Pseudomorphic In0.52A10.48As/In0.7Ga0.3As HEMTs With an Ultrahigh fГ of 562 GHz. / Y.Yamashita, A.Endoh, K.Shinohara, K.Hikosaka, Matsui, S.Hiyamizu, T.Mimura// IEEE Electron Device Letters,vol.23,no. 10,pp.573-575,October 2002.

22. Tanimoto T. Single-supply-voltage operation HEMTs. / Tanimoto T.//Semiconductor World.-1997, v. 16, no. 12, pp. 106-110.

23. Schefer M. Integrated coplanar mm-wave amplifier with gain control using a dual-gate InP HEMT. / Schefer M., Meier H.-P., Klepser B.-U., et. al. // IEEE Trans, on MTT.-1996, v. 44, N«12, pp. 2379-2383.

24. Муравьев В. В. СВЧ транзисторы на гетероструктурах / Муравьев В. В., Тамело А. А., Годун Г. А. // Известия ВУЗов. Радиоэлектоника,- 1990.- N 1.- С.3-9.

25. Бобрешов А. М. Моделирование нелинейных свойств НЕМТ-транзистора. / Бобрешов А. М., Лопатин А. И. // Тезисы докладов межвуз. науч.- практ. конференции "Актуальные проблемы борьбы с преступностью в современных условиях".- Воронеж.- 2000.- С. 172.

26. Муравьев В. В. Определение параметров СВЧ транзисторов на гетероструктурах / Муравьев В. В., Тамело А. А., Годун Г. А. // Известия ВУЗов Радиоэлектроника, 1991.- N10.- с.79-80.

27. Калъфа А. А. Моделирование характеристик полевых транзисторов на гетероструктуре с селективным легированием. / Калъфа А. А., Пашковский А. Б. Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1988.-вып. 9(413), с. 42-46.

28. Муравьев В. В. Сравнительный анализ моделей СВЧ транзисторов на гетероструктурах / Муравьев В. В., Тамело А. А., Годун Г. А. //Известия ВУЗов Радиоэлектроника, 1992.-N10,- с.27-32.

29. Гарматин А. В. Моделирование переноса электронов в гетероструктурах с селективным легированием. / Гарматин А. В., Калъфа А. А. // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1986.- вып. 5, с. 46-51.

30. Qu G. Modeling НЕМТ intermodulation distortion characteristics// Microelectronics Journal. / Qu G., Parker A.E. //- 2000,- v.3L- P. 493-496.

31. Nawaz M. A new CAD oriented charge conserving capacitance model for HEMTs / Nawaz M., Geok I. Ng. // Microelectronic Engineering.-1998.- v.43-44.-P. 619-626.

32. Song S.-H. A novel analytical model for short channel heterostructure field effect transistors / Song S.-H. and Kirn D. M. // Solid-State Electronics, 1998.-Vol. 42, No. 4, pp. 605-612.

33. Singh R. A quasi- two- dimensional HEMT model for DC and Microwave Simulation / Singh R. And Snowden С. H. // IEEE Trans, on Electron Devices.-1998.-v. 45, N. 6, P. 1165-1169.

34. Shirakawa K. An Approach to Determining an equivalent circuit for HEMT's / Shirakawa K., Oikawa H, Shimura Т., et. al. // IEEE Trans, on

35. Microwave Theory and Techniques,-1995.- v.43.- N.3.- P. 499-503.

36. Богданович Б.М. Радиоприёмные устройства с большим динамическим диапазоном.- М.: Радио и связь, 1984,- 176с.

37. Богданович Б.М. Нелинейные искажения в приёмно-усилительных устройствах. / Богданович Б.М. // М.: Связь, 1980.- 280с.

38. О. Breitschadel, Short-channel effects in AlGaN/GaN HEMTs. / O. Breitschadel, Kley L., Grabeldinger H., Hsieh J.T., Kuhn В., Scholz F., Schweizer H. // Materials Science and Engineering, B82, 2001, pp. 238-240.

39. N. H. Sheng, Multiple-channel GaAs/AlGaAs high electron mobility transistors. / N. H. Sheng, C. P. Lee, R. T. Chen, D. L. Miller, and S. J. Lee // IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-6, No. 6, pp. 307-310, June 1985.

40. G. Simon, AlGaN/InGaN/GaN Double Heterostructure Field-Effect Transistor. / G. Simon, X. Hu, A. Tarakji, J. Zhang, A. Koudymov and R. Gaska // Jpn. J. Appl Phys. Vol. 40 pp. 1142, Nov. 2001.

41. Comparini M. C. Applications of HEMT devices in space communication systems and equipment: a European perspective / Comparini M. C., Feudale M., Suriani A. // Solid-State Electronics, 1999, v. 43.- P. 1577-1589.

42. Dickmann J., MM-wave HEMT based circuits and their system applications /Dickmann J., Berg M., Ziegler V., et. al. // Solid-State Electronics, 1999,-v. 43.-P. 1607-1612.

43. Mateos J. Noise analysis of 0.1 Mkm gate MESFETs and HEMTs / Mateos J., Gonzalez Т., Par do D., et. al. // Solid-State Electron.-1998, v.42, N 1,1. Р.79-85.

44. Бокк О.Ф. Предельные возможности линеаризации усилителей радиочастоты//Радиотехника. / Бокк О.Ф. // 1976. т.31,М6. - С.67-72.

45. J. Hill. High Electron Mobility Transistors (HEMTs) A Review / J. Hill, P. H. Ladbrooke. //The GEC Journal of Research, 1986, 4, № 1, pp. 1-14.

46. Мокеров В. Г. Наноэлектронные СВЧ-транзисторы на основе гетероструктур соединений А3.В[5] с двумерным электронным газом / Мокеров В. Г., Федоров Ю. В., Гук А. В. и др. // Зарубеж. радиоэлектрон. Успехи соврем, радиоэлектрон.- 1998.- N 8, стр.40-61.

47. Kasemsuwan Varakorn A microwave model for high electron mobility transistors / Kasemsuwan Varakorn, El Nokali Mahmoud A. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn.-1997.- N 3, v.45, P.420-427.

48. Chen Shen-Whan. An accurately scaled small-signal model for interdigitated power P-HEMT up to 50 GHz / Chen Shen-Whan, Aina Olaleye, Li Weiqi, Phelps Lee, Lee Tim. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn.- 1997.-N 5 , v.,45, P.700-703.

49. Miras A. Very high-frequency small-signal equivalent circuit for short gate-length InP HEMT's / Miras A., Legros E. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn.-1997.-N 7, v.45, P.1018-1026.

50. Loret D. Two dimensional numerical model for the High Electron Mobility Transistor. / Loret D. // Solid- State Electronics, 1987, v. 30, No 11, pp. 1197-1203.

51. Shawki Т. MODFET 2-D Hydrodynamic Energy Modeling: Optimization of Subquarter-Micron-Gate Structures. / Shawki Т., Salmer G. and El-Sayed O. // IEEE Trans, on Electron Devices, 1990, v. 37, Nel, pp. 21-29.

52. Snowden C. Semiconductor Device Modelling. / Ed. by Snowden C. M.London// Berlin, Heidelberg, New York, Paris, Tokyo: Springer-Verlag, 1989.259 p.

53. Артеменко A.B. Математическая модель полевого транзистора с затвором Шотки на арсениде галлия / Артеменко А.В. // Полупроводниковые интегральные схемы памяти. Схемотехника и технология. / Сб. научи, тр. -М.: МИЭТ, 1980., с.70-81.

54. Happy Н. Numerical Analysis of Device Performance of Metamorphic InyAU-yAs/InxGal-xAs (0.3< x <0.6) HEMT's on GaAs Substrate. / Happy H., Bollaert S., Foure H., et. al. // IEEE Trans. On Electron Devices, 1998, v. 45, № 10, pp. 2089-2095.

55. Webster Richard T. Impact ionization in InAlAs/InGaAs/InAlAs HEMT's / Webster Richard Т., Shangli Wu and Anwar A.F.M. // IEEE Electron device letters, vol. 21, May 2000, pp. 193-195.

56. Lim K-Y, Physics based threshold voltage modeling with reverse short channel effect. / Lim K-Y, Zhou X., and Wang Y. // Journal of Modeling and Simulation of Microsystems, Vol.2, No.l, pp. 51-56, 1999.

57. C. Q. Chen, AlGaN/GaN/AlGaN double heterostructure for highpower III-N field-effect transistors. / C. Q. Chen, J. P. Zhang, V. Adivarahan, A.

58. Koudymov, H. Fatima et al. // Applied physics letters, Vol. 82, No. 25, June 2003, pp 4593-4595.

59. Shigekawa N, High-field electron transport properties in an InAlAs/InGaAs/InAlAs double heterostructure. / Shigekawa N, Furuta T, Arai K. // Appl Phys 1991; 69:4003-10.

60. P. Saunier, A double-heterojunction doped-channel pseudomorphic power HEMT with a power density of 0.85 W/mm at 55GHz. / P. Saunier, et al. // IEEE Electron Device Letters, Vol. 9, No. 8, pp. 397-398, Aug. 1988.

61. M. Zaknoune, 0.1 цт high performance double heterojunction InAlAs/InGaAs metamorphic HEMTs on GaAs. / M. Zaknoune, et al. // SolidState Electronics, Vol. 44, pp. 1685-1688, 2000.

62. Шур M. Физика полупроводниковых приборов: в 2-х книгах. / Шур М. // Кн. 1. Пер. с англ. М.: Мир, 1992.

63. Yang М.Н., An analytical model for short-channel MOSFETs / Yang M.H., Yu Q., Xiao В., Xie X. F. and Yang P. F. // Semicond. Sei. Technol. 14, 1999, pp. 715-720.

64. Международ, науч.-техн. конф., Дивноморское, 12-17 сент. 2004 г. — Б.м. — 2004 .—ч. 2 .—с. 40-43.

65. Хребтов, И.В. Моделирование короткоканальных эффектов в НЕМТ транзисторе / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Радиолокация, навигация, связь: X междунар. науч.-техн. конф., 13-15 апр. 2004 г. — Б.м. — 2004 .— Т. 1 .— с. 470-478.

66. Abdel Aziz М. An analytical model for small signal parameters in HEMTs including the effect of source/drain extrinsic resistances / Abdel Aziz M. El-Sayed M.,El-Banna M. // Solid-State Electronics, 1999, v. 43, P. 891 900.

67. Drury R. A quasy-two-dimensional HEMT model for microwave CAD applications / Drury R. And Snowden С. M. // IEEE Trans, on Electron Devices.-1995.- v. 42.- N 6.- P. 1026-1032.

68. Ando Y. DC, small-signal, and noise modeling for two-dimensional electron gas field-effect transistors based on accurate charge control characteristics. / Ando Y. and Iton T. //- IEEE Trans, on Electron Devices, 1990, v. 37, Xs 1, P. 67- 78.

69. Singh R. A charge-control HEMT model incorporating deep level effects// Solid- State Electronics. / Singh R., Snowden С. M. // 1999.- v. 43.- P. 473-480.

70. Nawaz M. A simple analytical charge control model for double delta doped HEMTs / Nawaz M. // Solid- State Electronics.-1999.- v.43.- P. 687-690.

71. Волков В. А. Двумерный электронный газ в гетеропереходе. Свойства и применение. / Волков В. А., Гродненский И. М. // Микроэлектроника, 1982.- т. 11, вып. 3, с. 195-207.

72. Калъфа А, А. Характеристики гетероперехода в гетероструктуре с селективным легированием. / Калъфа А, А. // ФТП.-1985.- т. 19.- вып. 6.- с.1025-1029.

73. Shey A. J. On the charge control of the two-dimensional electron gas for analytic modeling of HEMTs / Shey A. J. And Ku W. H. // IEEE Trans, on Electron Device Letters.-1988.- v. 9.- P. 624-626.

74. Хребтов И.В. Аналитическая модель для субмикронных НЕМТ транзисторов с учетом коротко-канальных эффектов / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Известия ВУЗов. Электроника. 2005. - №3. - с. 14-21.

75. Хребтов И.В. Моделирование субмикронных транзисторов с высокой подвижностью электронов / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов. // Теория и техника радиосвязи. 2004. - №2. - с. 51-62.

76. Eskandarian A. Determination of the small-signal parameters of the AlGaAs/GaAs MODFET. / Eskandarian A. // IEEE Trans, on Electron Devices, 1988.- v.35, N1 1, Pt. l.-P. 1793-1801.

77. Бобрешов A. M. Нелинейная аналитическая модель НЕМТ -транзистора. / Бобрешов А. М., Лопатин А. И. // Вестник ВИ МВД России.-2000.-№2(7).- С. 74 77.

78. Разевиг В.Д. Пакет схемотехнического моделирования PSpice 5. / Разевиг В.Д. //М.: Физматлит, 1994.

79. Шварц Н.Э. Усилители СВЧ на полевых транзисторах. / Шварц Н.Э. // М.: Радио и связь, 1987.- 200с.

80. Шварц Н. 3. Линейные транзисторные усилители СВЧ. / Шварц Н. 3. //М.: Сов. радио, 1980.- 368 с.

81. Фано Р. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов: Пер. с англ./ Фано Р. под ред. Г.И.Слободенюка.// М.: Сов.радио, 1965.- 120с.

82. Маттей Г.Л., Янг Л., Джонс ЕМ. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи: Пер. с англ. / Маттей Г.Л., Янг Л., Джонс ЕМ. // Под ред. Л.В.Алексеева и Ф.В.Кушнира.-М.: Связь, 1971.-200с.

83. Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления: Пер. с англ./ Под ред. Д.В.Ди Лоренцо, Д.Д.Канделуола.//М.: Радио и связь, 1988.- 496с.

84. Гарбер Г.З. Численное моделирование характеристик нелинейной эквивалентной схемы СВЧ-полевых транзисторов с субмикронным затвором Шотки на арсениде галлия / Гарбер Г.З. // Микроэлектроника. -1990.-19,N4.-С.392-399.

85. Дмитриев В.Д. Анализ и расчёт СВЧ усилителей на ПТШ по нелинейным критериям / Дмитриев В.Д., Брунее А.И., Коротаев В.М. // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника.-1988.-31,К7.-С.68-71.

86. Rhyne G. W. Simulation of intermodulation distortion in MESFETcircuits with arbitrary frequency separation of tones / Rhyne G. W., Steer M.B. // IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Digest, N.Y.- 1986.- P.547-550.

87. Алгазинов Э.К. Характеристики входного СВЧ-усилителя, влияющие на помехозащищённость приёмной системы / Алгазинов Э.К., Мноян В.И. // Электронная техника. Сер.Электроника СВЧ.-1981.- Вып. 2(326).- С.3-7.

88. Калъфа А. А. Двумерный электронный газ в структуре металл-AlxGai.xAs GaAs с селективным легированием. / Калъфа А. А. //- ФТП.-1986, т. 20, N3, с. 468-471.

89. M. Tomizawa, Modeling for electron transport in AlGaAs/GaAs /AlGaAs double heterojunction structures. / M. Tomizawa, T. Furuta, K. Yokoyama, A. Yoshii // IEEE Trans. Electron Devices, vol. 36, No. 11, pp. 23802385, Nov. 1989.

90. P. I. Cristea, Analytical Charge-Control Model for DH-HEMT. / P. I. Cristea / P. I. Cristea // In Ph. D. Thesis, University of Bucharest (1997).

91. J. L. Cazaux, An analytical approach to the capacitance-voltage characteristics of double-heterojunction HEMT's. / J. L. Cazaux, G. Ng, D. Pavlidis, and H. F. Chau // IEEE Trans. Electron Devices, vol. 35, No. 8, pp. 12231231, Aug. 1988.

92. D. С. Yu, An analytical model for current-voltage characteristics of quantum-well heterojunction field-effect transistors. / D. C. Yu, I. M. Abdel-Motaleb // Solid-State Electronics, vol. 34, No. 5, pp. 467-479, 1991.

93. R. Gupta, A model for dual-channel high electron mobility transistors. / R. Gupta, M. E. Nokali // Solid-State Electronics, vol. 38, No. 1, pp. 51-57, 1995.

94. A.F.M. Anwar, A Charge Control and Current-Voltage Model for Inverted MODFET's. / A.F.M. Anwar, K.-W. Liu, A. N. Khondker. // IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 42, No. 4, April 1995, 586-590.

95. Фролов A.B. Обобщённая модель СВЧ-транзистора с барьером Шотки.- В кн.: Нелинейные проблемы полупроводниковой электроники СВЧ. / Фролов А.В. // Межвуз.сб.научных трудов.- М.: МГПИ, 1986.- С.55-73.

96. Ахманов С.А. Введение в статистическую радиофизику и оптику. / Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. // М.: Наука, 1981.- 640с.

97. Epstein B.R. Large-signal MESFET characterization using harmonic balance / Epstein B.R., Perlow S., Rhodes D. // IEEE Int. Microwave Symp. Digest N.Y.-1988.-P. 1045-1048.

98. Алгазинов Э.К. Исследование совместного усиления в ЛБВ монохроматического и шумового сигналов / Алгазинов Э.К., Китаев Ю.И. // Радиотехника и электроника.-1972.- т. 17, N 10.- С.22-24.

99. Valois A. J. Characterization of deep levels in modulation- doped AlGaAs/GaAs FET's / Valois A. J,, Robinson G. Y. // IEEE Electron Device Letters.-1983.- v. 4.- N10.- P. 360-362.

100. Danneville F. Noise Modeling in MESFET and HEMT mixers using a uniform noisy line model / Danneville F., Dambrine G. And Cappy A. // IEEE Trans, on Electron Devices.-1998.- v.45.- N10.- P. 2207-2212.

101. Kaneshiro R. T. Anomalous nanosecond transient component in a GaAs MODFET technology / Kaneshiro R. Т., Kocot C. P., Jaeger R. P. et. al. // IEEE Electron Device Letters.-1988.- v. 9.- N 5.- P. 250-252.

102. Van der Ziel A. Improvement in the tetrode FET noise figure by neutralization and tuning / Van der Ziel A., Takagi K. // IEEE J. of Solide-State Circuits. -1969. -V.SC-4.-N2.-P. 170-172.

103. Klepser B.-U. Н. Analytical Bias Dependent Noise Model for InP HEMT's. / Klepser B.-U. H., Bergamaschi C., Schefer M. et. al. // IEEE Trans, on Electron Devices, 1995, v. 42, Nil, P. 1882-1889.

104. Pucel R. Signal and Noise Properties of GaAs Microwave Field-effect Transistors / Pucel R., Haus H., State H. // Advances in Electronics and Electron Physics.- 1975.- v.38.- P. 195-265.

105. Алгазинов Э.К. Изменение шумов в усилителе на полевом транзисторе в нелинейном режиме / Алгазинов Э.К., Бобрешов A.M., Аверина Л.И. // Радиотехника и электроника. 1996. -том. 41. -№11. - С. 13861389.

106. Алгазинов Э.К. Коэффициент шума приёмника при наличии помех/ Алгазинов Э.К., Бобрешов A.M. // Радиотехника.-1980.- N6.- С.35-36.

107. Крейнгелъ H.C. Шумовые параметры радиоприёмных устройств.-Л.: Энергия, 1969,- 168с.

108. Yuji Ando, DC, small-signal, and noise modeling for two-dimensional electron gas field-effect transistors based on accurate charge-control characteristics. / Yuji Ando, Tomohiro Iton. // IEEE Trans. On Electron Devices, 1990, v. 37, N 1, pp. 67-78.

109. Rhyne G. W. Generalized power series analysis of intermodulation distortion in a MESFET amplifier: simulation and experiment. / Rhyne G. W. And

110. Steer M. В. // IEEE Trans, on MTT, 1987, v.35, № 12, pp. 1248 1255.

111. Кремер И .Я. Модулирующие помехи и приём радиосигналов. / Кремер И.Я., Владимиров В.И., Карпухин В.И. // М.: Сов.радио, 1978,- 480с.

112. Уайт Д. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи: Пер. с англ./ Уайт Д. под ред. А.И.Сапгира. Комментарии А.Д.Князева.// М.: Сов. радио, 1977.- 348с.

113. Бобрешов А. М. Моделирование малошумящего усилителя на НЕМТ- транзисторе / Бобрешов А. М., Аверина JI. И. Лопатин А. И. // Вестник Воронежского университета. Серия: Физика. Математика.- 2001,-№1.-С. 9-22.

114. Бобрешов А. М. Моделирование нелинейных свойств НЕМТ-транзистора. / Бобрешов А. М., Лопатин А. И. // Тезисы докладов межвуз. науч.- практ. конференции "Актуальные проблемы борьбы с преступностью в современных условиях".- Воронеж.- 2000.- С. 172.

115. Бобрешов А. М. Анализ ЭМС характеристик МШУ на НЕМТ -транзисторах / Бобрешов А. М., Лопатин А. И. // Физика волновых процессов и радиотехнические системы,- 2000.- т.З.- № 2.- с. 76 78.

116. Хребтов И.В. Моделирование характеристик ЭМС МШУ на субмикронных НЕМТ транзисторах / И.В.Хребтов, А.М.Бобрешов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2004. - Т.7. - №4. -с.103-109.

117. Алгазинов Э.К. Характеристики входного СВЧ-усилителя, влияющие на помехозащищённость приёмной системы / Алгазинов Э.К., Мноян В.И. // Электронная техника. Сер.Электроника СВЧ.-1981.- Вып. 2(326).- С.3-7.

118. Чистяков H.H. Радиоприёмные устройства. / Чистяков H.H., Крейнгелъ Н.С. //М.: Сов. радио, 1978.-275с.

119. Бобрешов А. М. Шумовые свойства усилителя на НЕМТ-транзисторе. / Бобрешов А. М., Аверина Л. И., Лопатин А. И. // Сб. докл. 6

120. Российской н.-т. коиф. "Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов",- С.-Петербург.-2000, С. 300 304.

121. Алгазинов Э. К,, Бобрешов А. М., Аверина Л. И., Лопатин А. И. Шумовые характеристики усилителя на НЕМТ- транзисторе в нелинейном режиме// Известия ВУЗов. Электроника 2001№2, с. 53 - 56.

122. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах: Пер. с англ. /Букингем М. под ред. Губанкова В.Н.//М.: Мир, 1986. 398 с.

123. Волков Е.А. Анализ радиоприемных трактов во временной области / Волков Е.А. // Радиотехника. -1990. №5. - С. 19-21.