Нелинейные процессы в усилительных каскадах СВЧ под воздействием интенсивных импульсных помех тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

Усков Григорий Константинович

НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ В УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДАХ СВЧ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ИНТЕНСИВНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ

Специальность 01.04.03 - «Радиофизика»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученс кандидата физико-математических наук

Воронеж - 2006

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 - Нижегородский государственный университет

Защита состоится 21 декабря 2006 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 20 ноября 2006 г.

кандидат физико — математических наук, доцент ОСЕЦКАЯ Галина Андреевна

Ученый секретарь диссертационного совета

МАРШАКОВ В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

♦ Актуальность темы. Исследования, проводимые в данной работе, направлены на решение проблемы обеспечения помехозащищенности и устойчивого функционирования радиоэлектронной аппаратуры в условиях помех. Воздействие непреднамеренных и преднамеренных импульсных помех большой амплитуды становится все более существенным фактором функционирования радиоэлектронных средств (РЭС). Это связанно с тем, что амплитуда импульсных помех, особенно сверхкоротких импульсов, может быть много больше амплитуды непрерывных помех, поэтому физические механизмы воздействия импульсов на элементы радиоаппаратуры отличаются от непрерывных воздействий, рассматриваемых обычно в рамках проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). Соответственно, отличаются и эффекты, наблюдаемые на практике. Проблема обеспечения помехозащищенности РЭС вызывает необходимость изучения данных механизмов и эффектов.

Известно, что малошумящие усилители входят в число наиболее уязвимых по отношению к воздействию помех элементов радиоаппаратуры, поскольку они расположены в радиоприемном тракте сразу после приемной антенны. В связи с этим при проектировании РЭС, функционирующих в реальной электромагнитной обстановке в присутствии непреднамеренных и преднамеренных помех, актуальной задачей является оценка стойкости радиоаппаратуры и ее элементов к такого рода перегрузкам. С этой целью были проведены исследования деградационных процессов в полевых транзисторах с затвором Шоттки (ПТШ), а также разработаны методики и устройства испытаний уязвимых элементов радиоаппаратуры на стойкость к различного рода перегрузкам. Здесь под деградацией понимается ухудшение функциональных параметров транзистора (снижение коэффициента усиления, уменьшение тока стока транзистора и др.) в результате импульсных воздействий, с последующем восстановлением этих параметров после его прекращения.

Надо отметить, что исследованиям ПТШ и их моделированию на сегодняшний день посвящено достаточно большое количество публикаций. Наиболее близкие к данной тематике работы не отражают исследуемых в работе вопросов. Так, в современных системах схемотехнического проектирования не производится учет деградационных процессов в ПТШ, что делает актуальной практическую задачу усовершенствования существующих методов анализа и расширения применимости моделей ПТШ на исследуемый в диссертации класс процессов.

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

♦ Цель работы

1. Развитие методов анализа нелинейных явлений, возникающих в твердотельных устройствах.

2. Разработка методики и экспериментальной установки для исследования стойкости ПТШ к импульсным воздействиям.

3. Исследование явлений, возникающих в ПТШ под действием сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности и их влияния на функциональные параметры транзистора.

4. Развитие методов анализа нелинейных явлений возникающих вследствие импульсных помех для возможности улучшения характеристик помехозащищенности транзисторных усилителей.

Основные задачи диссертации вытекают непосредственно из ее целей:

- создать универсальную методику определения параметров нелинейных моделей твердотельных приборов;

- разработать методику и экспериментальную установку для исследования стойкости ПТШ к импульсным перегрузкам;

- разработать методику эксперимента для исследования характеристик деградационных процессов в ПТШ.

- разработать автоматизированный измерительный комплекс для проведения экспериментов по воздействию сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности на GaAs 11ТШ;

- исследовать характер поведения GaAs ПТШ под действием сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности;

- построить нелинейную модель, позволяющую учесть характеристики деградации ПТШ под воздействием импульсных перегрузок.

♦ Методы проведения исследования. Результаты исследований, сформулированные в диссертации, получены при помощи современных методов математического моделирования, с использованием известных численных методов, широко используемых пакетов схемотехнического проектирования Microwave Office, Ansoft Designer и математического пакета Matematica.

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

1. Универсальная по отношению к ЭС методика определения параметров структурных моделей твердотельных приборов.

2. Модель, позволяющая учесть процессы, связанные с обратимой деградацией характеристик ПТШ, при проектировании РЭА.

3. Методика измерения и автоматизированный измерительный комплекс для исследования характеристик деградационных процессов в ПТШ под воздействием сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности.

4. Экспериментальные зависимости деградационных процессов в ПТШ при воздействии на него серией сверхкоротких видеоимпульсов субнаносекундной длительности.

5. Физическая интерпретация деградационных процессов в ПТШ под импульсными воздействиями.

6. Методика и экспериментальная установка для отбора ПТШ по заданным критериям стойкости к импульсным перегрузкам.

♦ Практическая ценность работы. Структурные модели, полученные на основе разработанной методики определения параметров, позволяют включать в процесс моделирования ПТШ и другие твердотельные приборы, параметры моделей которых не известны исследователю. В первую очередь это касается отечественной элементной базы. Методика и экспериментальная установка для исследования стойкости ПТШ к импульсным перегрузкам могут быть использованы для отбора ПТШ по заданным критериям стойкости к импульсным перегрузкам. Автоматизированный измерительный комплекс, методика эксперимента, результаты исследования деградационных характеристик ПТШ под влиянием сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности, а также выявленные механизмы данных процессов представляют самостоятельный научный и практический интерес с точки зрения повышения помехозащищенности приборов. Математическая модель, предложенная в работе, позволяет учесть деградационные процессы ПТШ при проектировании РЭА.

♦ Внедрение научных результатов. Полученные в диссертации результаты используются в научно — исследовательских работах и учебном процессе Воронежского государственного университета и ОАО «Концерн «Созвездие».

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

► VIII, IX, X, XI, XII Международных научно - технических конференциях «Радиолокация, навигация и связь», Воронеж, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 г., соответственно;

► 5,6 Международных симпозиумах по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, г. Санкт-Петербург, 2003, 2005 г., соответственно;

► 10-й Международной научно-технической конференции Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники ПЭМ2006, Дивноморское, 2006 г;

► Научных сессиях Воронежского государственного университета, г. Воронеж, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 г.

♦ Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ.

♦ Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 130 наименований и приложения. Объем диссертации составляет 178 страниц, включая 113 страниц основного текста, 75 рисунков на 50 страницах, 14 страниц списка литературы и 1 страницы приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

♦ Во введении к диссертации обсуждается актуальность темы исследования, приведен краткий обзор известных результатов по теме диссертации. Сформулирована цель работы, в аннотированном виде изложены основные результаты диссертационной работы.

♦ В первой главе диссертационной работы проведен анализ применимости существующих структурных моделей полевых транзисторов и методов их анализа в условиях импульсных перегрузок.

Предложена универсальная по отношению к эквивалентной схеме (ЭС) методика, позволяющая определять параметры структурных моделей ПТШ..В качестве экспериментальных данных, по которым определяются параметры модели, могут выступать различные характеристики, например вольтамперные, передаточные, характеристики блокирования, интермодуляции, S-параметры, снятые для различных режимов работы и др.

Методика основана на математическом моделировании схем получения имеющихся экспериментальных данных. Алгоритм подбирает такие значения параметров модели ПТШ, подстановка которых в модель компьютерного эксперимента позволит максимально точно воспроизвести известные экспериментальные данные. Для подбора указанных значений используются алгоритмы многопараметрической оптимизации.

Если для определения параметров модели транзистора имеется" N экспериментальных характеристик то, моделируются N схем, которые воспроизводят схемы получения этих экспериментальных данных. Каждая из этих схем содержит определяемую модель, значения параметров, которых варьируются в процессе оптимизации. Целевая функция формируется как квадрат разности значений рассчитываемых и экспериментальных характеристик. Далее проводится процедура многопараметрической оптимизации, которая сводится к сравнению расчетных характеристик с соответствующими им экспериментальными по выбранному критерию ошибки и ее последовательному уменьшению. Выбранный вид целевой функции позволяет минимизировать ошибки измерения.

Таким образом, в процессе каждой итерации оптимизации происходит варьирование параметров модели, их подстановка в ЭС компьютерного эксперимента и приближение расчетных характеристик каждой из схем к экспериментальным. В качестве метода оптимизации сначала используется метод нахождения глобального минимума целевой функции - метод Монте-

Карло, а затем локального, в качестве которого, как наиболее эффективного при большом количестве параметров, использовался симплексный метод многопараметрической оптимизации. После того как разница между рассчитываемыми и экспериментальными характеристиками станет меньше заданного критерия оптимизации, окончательные значения параметров модели принимаются равными параметрам последней итерации.

Достоинством такого подхода является возможность использования различных данных, в том числе фрагментарных, измеренных экспериментально или предоставленных производителем. Это особенно актуально при использовании отечественной элементной базы, модели которых отсутствуют в библиотеках современных пакетов схемотехнического проектирования. Следует отметить, что методика универсальна по отношению к эквивалентной схеме модели, поэтому она может применяться для других типов твердотельных приборов и может быть реализована в системах схемотехнического проектирования.

В качестве примера рассмотрена процедура идентификации параметров на примере нелинейной модели Materka для транзистора малой мощности, и нелинейной модели Mosnl_4 для транзистора средней мощности. На основе выбранных моделей в среде Microwave Office были рассчитаны передаточные характеристики транзисторных усилителей. При сопоставлении экспериментальных и расчетных значений коэффициента компрессии по уровню 1дБ имело место их хорошее соответствие. Предложенные модели могут быть использованы и для расчета эффекта блокирования и интермодуляции.

Основное внимание в ходе исследования уделялось воздействиям, способным приводить к обратимым эффектам во входных каскадах с последующим их восстановлением (эффектам последействия). Такие эффекты часто наблюдаются на практике и, в то же время, недостаточно хорошо изучены. В данной главе рассмотрен один из механизмов последействия, связаный с эффектом детектирования. Эффект наблюдался в усилителе на Ш ЛИ при воздействии на него серией импульсов. Механизм данного процесса связан с зарядом реактивных элементов во внешних цепях транзистора.

Следует отметить, что при импульсных воздействиях, в ПТШ присутствуют деградационные процессы, связанные с накоплением объемного заряда в полупроводниковой структуре транзистора. Такие процессы обладают последействием, значительно превышающим последействие за счет накопления заряда в реактивных элементах схемы. Как следует из вышесказанного, системы схемотехнического проектирования, а в частности ЭС моделей на сосредоточенных элементах не учитывают деградационные процессы. В этой связи возникает потребность учета этих эффектов в системах схемотехнического проектирования. Исследованию таких явлений, а так же способам их учета при моделировании посвящены следующие главы работы.

быстрая релаксация

медленная релаксация

сО т

д*. д<2

Рис. 1. Релаксация тока стока после воздействия на затвор ПТШ одиночного импульса перегрузки.

♦ Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованию процессов происходящих в ПТШ вследствие воздействия видеоимпульсных перегрузок с амплитудой, не превышающей 6 в. Для этого был разработан метод испытаний ПТШ на подверженность обратимым отказам, а также экспериментальная установка для испытаний на основе этого метода.

Суть указанной методики заключается в воздействии на исследуемый образец одиночными видеоимпульсами различной амплитуды и полярности и их сериями. Известно, что ток стока одно-

значно связан с проводимостью канала и таким важным функциональным параметром как коэффициент усиления. Поэтому, в эксперименте наблюдаемой величиной являлся ток стока ПТШ. Интенсивность его изменения и динамика восстановления определяли основные показатели стойкости транзистора.

Были проведены эксперименты с несколькими типами отечественных и зарубежных транзисторов и выяснены основные закономерности обратимых отказов ПТШ. Показано, что в наибольшей степени к обратимым отказам приводят импульсы отрицательной полярности с абсолютным значением амплитуды,

превышающим напряжение отсечки. В общем случае процесс восстановления тока стока /с (рис. 1) после импульсного воздействия состоит из двух характерных областей:

— Область быстрой релаксации в течение времени Д^. Для разных транзисторов величина

т2<г времени А/1 может составлять от одной до десятков мкс.

— Область медленной релаксации в течение времени ко-

Рис. 2. Воздействие периодических ™Р** представляет весьма растя-импульсов на затвор ПТШ и развитие НУ™Й во времени процесс до деградации тока стока. полного восстановления перво-

напряжение на затворе

- г

начального значения /с. Время этого процесса сильно зависит от типа транзистора и может составлять до нескольких секунд.

Главной особенностью периодического воздействия по сравнению с воздействием одиночного импульса является наличие кумулятивного эффекта, в силу которого глубина деградации, достигаемая под действием периодических импульсов, может быть значительно больше, чем при одиночном импульсе той же амплитуды и длительности (рис. 2). После запуска импульсной серии каждый отрицательный импульс приводит к последовательному снижению величины тока стока /с, что свидетельствует о сложении результатов воздействия отдельных импульсов. Общее изменение величины /с за время экспозиции значительно превышает изменение тока стока в результате действия отдельного импульса. С увеличением модуля амплитуды £4имп и уменьшением периода следования импульса среднее значение тока стока /с уменьшается. По завершении воздействия происходит медленное восстановление /с до исходного значения /со- Изучение кумулятивного эффекта представляет интерес и потому, что, воздействуя периодической последовательностью можно воссоздать наиболее неблагоприятную ситуацию для функционирования РЭА.

В работе показано, что основным механизмом обратимой деградации ПТШ под действием слабых (амплитуда импульса меньше 6 в) импульсных перегрузок во входной цепи является увеличение толщины слоя объемного заряда на границе канал/подложка вследствие заполнения электронами глубоких уровней полуизолирующей СаАэ подложки. Под действием входных перегрузок накопление объемного заряда в подложке происходит при воздействии на затвор ПТШ напряжения отрицательной полярности, абсолютная величина которого превышает напряжение отсечки. Для активизации этого механизма требуется два основных условия:

- наличие незанятых глубоких уровней в подложке транзистора;

- воздействие на затвор напряжения отрицательной полярности, абсолютное значение которого превышает напряжение отсечки.

Глубокие уровни всегда присутствуют в подложках выполненных на основе полуизолирующего СаАэ. Второе условие может быть реализовано как при перегрузках ПТШ видеоимпульсами, так и при его перегрузках СВЧ-импульсами. В последнем случае это условие реализуется во время отрицательного полупериода СВЧ-сигнала. Таким образом, с помощью периодических видеоимпульсов можно воспроизвести условия деградации ПТШ, имеющие место под действием СВЧ-импульсов.

На основе разработанной методики можно производить тестирование ПТШ с целью оценки их стойкости к обратимым отказам в условиях импульсных перегрузок или же с целью отбора ПТШ по критериям, определяемым постановкой задачи или конкретным приложением.

-20

-15

♦ В третьей главе исследовались деградационные процессы в полевых транзисторах с затвором Шоттки под действием субнаносекундных видеоимпульсов большой амплитуды, подаваемых на затвор транзисторов. Для этого был разработан автоматизированный измерительный комплекс, позволяющий гибко управлять схемой экспе- f^j!^ римента, а так же наблюдать и фиксировать поведение тока стока, как во время, так и после воздействия импульсной серии, проводить измерения кратковременных и длительных процессов. Кроме того, имеется возможность расширять исследования на другие типы транзисторов и полупроводниковых приборов. Указанные достоинства достигаются за счет модульной архитектуры установки и наличия универсального командного интерпретатора для реализации различных алгоритмов эксперимента.

Основной практический интерес для оценки эффекта деградации ПТШ представляют процессы последействия импульсной серии, имеющие место по истечении времени экспозиции. На рис. 3 и рис. 4 представлены зависимости параметров последействия импульсной серии от ее энергетических параметров (амплитуды импульсов и периода их следования), полученные для одного из транзисторов при времени экспозиции 10 с.

Основными параметрами последействия, характеризующими деградацию ГГГШ, являются минимальное значение тока стока /min в результате дейст-

-10 -5 О

У0, дБ/45в

Рис. 3. Зависимость минимальной величины тока стока достигаемой непосредственно после окончания серии импульсов, от амплитуды импульсов и периода их следования Ги при экспозиции 10 с: а — Ти = 10 мс; б - Ги = 0.1 мс\ в — Ги — 0.01 мс.

' восст

3500

,с

3000 2500 2000 1500 1000 500

=£1== -А-/-

.......i......... - ; .. ;. -------- - ■ 1 /

----1—j---- ---j---;--и-..

- /

-------- -------¡...„-J-...

- "j "V -f • : г"тг / 1 ./ , | ... .

.....! .1 • -. i:; л / у*

__

.............

-20

-15

-5

-10 У0,дБ/45в

Рис, 4. Зависимость времени восстановления тока стока Твосст после окончания действия серии импульсов от амплитуды импульсов Уо и периода их следования Ти при экспозиции 10 с: а — Ти = 10 мс; б — Ти = 0.1 мс; в — Ги — 0.01 мс.

вия импульсной серии (рис. 3) и время восстановления Гвосст тока после прекращения воздействия (рис. 4). Видно, что существует граничное значение амплитуды импульсов Ко, с которого начинают отчетливо проявляться явления деградации.

Поскольку глубокая деградация ШШ с длительным восстановлением при воздействии по входной цепи обеспечивается только отрицательными импульсами, то были исследованы физические процессы при данном типе воздействия. Эффекты, наблюдаемые в ШIII под воздействием СКИ большой амплитуды, обладают большим временем восстановления, по сравнению с эффектами, рассматриваемыми во второй главе. Было показано, что кроме изменения толщины слоя объемного заряда на границе канал/подложка ПТШ проявляются и другие механизмы, связанные с накопление заряда в других областях полупроводниковой структуры. Например, при высоких значениях амплитуды, может быть аккумулирование отрицательного заряда в диэлектрике, покрывающем поверхность ваЛя в промежутках затвор-сток и затвор-исток. Суть предполагаемого эффекта заключается в том, что в области лавинного размножения носителей в поверхностном слое СаАБ возникают разогретые электроны, имеющих энергию, достаточную для туннелирования на ловушки диэлектрика или для инжекции в диэлектрик с последующим захватом на ловушки. С рассмотренными эффектами границы канал-диэлектрик связана наблюдаемая в эксперименте обратимая деградация ПТШ с временем восстановления порядка десятков минут и более. Наличием двух рассмотренных областей накопления заряда при воздействии на вход ПТШ СКИ с амплитудой, превышающей напряжение пробоя, может быть объяснено наличие наблюдаемых в эксперименте двух стадий процесса восстановления ПТШ с существенно различной продолжительностью, связанных с релаксацией заряда на границе канал-подложка (порядка секунды и менее) и с релаксацией заряда границы канал-диэлектрик (десятки минут и более).

♦ В четвертой главе предложена математическая модель, позволяющая учитывать эффекты обратимой деградации СаАэ ПТШ под действием периодических последовательностей субнаносекундных видеоимпульсов и рассчитывать характеристики помехозащищенности МШУ по отношению к таким помехам.

Для решения поставленной задачи в ЭС ПТШ введен дополнительный функциональный модуль, подключенный к затвору и имитирующий поведение канала транзистора во время и после воздействия серии видеоимпульсов, посредством введения дополнительного напряжения затвор - исток.

При определении структуры дополнительного блока учитывались закономерности, характерные для экспериментальных зависимостей:

• деградация тока стока во время и после воздействия серии отрицательных импульсов имеет зависимость, близкую к экспоненциальной;

• постоянные времени экспоненциальных зависимостей во время и после воздействия имеют различное значение;

• наличие реактивных элементов во входных цепях исследуемого образца, при воздействии отрицательных импульсов приводит к появлению положительных выбросов, которые существенно влияют на результаты измерений во время действия импульсной серии.

Было показано, что величина тока стока под воздействием отрицательных импульсов определяется двумя факторами противоположного действия: кратковременным эффектом воздействия положительных выбросов напряжения на затворе за счет реактивных элементов в схеме эксперимента, которые увеличивают ток стока, и действия отрицательных составляющих импульсов, которое уменьшает ток. Это дает возможность выделить блоки в модели, описывающие эффекты положительных и отрицательных импульсов раздельно. В каждом из блоков использовались ветви модели Хаммерштейна, каждая из которых включала линейный блок с памятью и нелинейный блок без памяти. Так для описания воздействия отрицательных импульсов, первая ветвь моделировала поведение канала транзистора во время, а вторая - после воздействия. В блоке, описывающем воздействие положительных импульсов, было предложено использовать одну ветвь с нелинейным блоком на выходе.

Для определения параметров полученной модели была разработана методика, суть которой сводиться к оптимизации параметров по экспериментальным характеристикам деградации тока стока. Были рассчитаны зависимости тока стока от времени, для различных периодов следования

— { 1 ——

! а

г—, — у- - ' ; 6

« — 1 (.....

х ! |

/ 1 1 |

< !- ••}..... .... 4 .

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 /, С

Рис. 5. Расчетные зависимости тока стока от времени под воздействием импульсных помех (точками показаны экспериментальные значения): а. Тн = 10 мс; б. Ги = 1 мс; в. Г„ = 0.1 мс;

Рис. 6. Расчетные зависимости параметра обратимой деградации под воздействием импульсных помех: а. Ти = 10 мс\ б. Ти = 1 мс; в. Г„ = 0.1 мс\

импульсов. Эти зависимости представлены на рис. 5. При сопоставлении экспериментальных значений тока стока и рассчитанных по модели было получено их хорошее соответствие.

На основе разработанной математической модели в пакете схемотехнического проектирования Ansoft Designer была построена ее схемная реализация, которая совместно с моделями, представленными в главе 1, может быть использована для учета эффектов обратимой деградации ПТШ в системах схемотехнического проектирования.

Поскольку в рамках решения традиционной проблемы ЭМС отсутствуют характеристики оценки степени обратимой деградации, в работе был предложен новый параметр обратимой деградации, позволяющий производить количественную оценку данного эффекта:

^(O-iofeC ИdBh

где Ку\р =о_ коэффициент усиления до воздействия помехи, коэффициент усиления после воздействия помехи. При этом минимально допустимым значением для Кд (t), по аналогии с блокированием, предложено считать К-ддоп = —3 dB. Для оценки степени деградации можно воспользоваться временем отказа, в течение которого Kd(t)<—3dB. Из рис.6 видно, что минимальное значение коэффициента обратимой деградации и достигается непосредственно после окончания воздействия, и с уменьшением периода следования его значение увеличивается по модулю

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

1. Проанализированы нелинейные модели полевых транзисторов СВЧ диапазона, а так же современные методы анализа нелинейных схем и их применимость. Показано, что для учета эффекта последействия, связанного с обратимой деградацией характеристик ПТШ при импульсных перегрузках необходима доработка его ЭС.

2. Разработана универсальная по отношению к ЭС методика, позволяющая определять параметры структурных моделей твердотельных приборов по экспериментальным данным.

3.. Показано, что модели, полученные с помощью разработанной методики, позволяют учитывать нелинейные эффекты (компрессию, блокирование, интермодуляцию, детекторный эффект) при моделировании транзисторных усилителей. При этом наблюдается хорошее соответствие с экспериментом. 4. Показано, что воздействие импульсных помех на МШУ может приводить к изменению рабочего режима транзистора с выраженным последействием за счет эффекта детектирования.

5. Разработаны методика и экспериментальная установка, позволяющие проводить исследования деградационных процессов в ПТШ под действием импульсных перегрузок.

6. Показано, что основным механизмом обратимой деградации ПТШ под действием импульсных перегрузок во входной цепи является увеличение толщины зарядного слоя на границе канал/подложка вследствие заполнения электронами глубоких уровней полуизолирующей ОаАя подложки. Под действием входных перегрузок накопление объемного заряда в подложке происходит при воздействии на затвор ПТШ напряжения отрицательной полярности, абсолютная величина которого превышает напряжение отсечки.

7. Действие перегрузок в виде периодических коротких импульсов обладает свойством накопления эффекта (кумулятивный эффект), следствием чего может быть заметная деградация ПТШ, несмотря на малую длительность отдельных импульсов.

8. Предложена методика отбора образцов ПТШ по заданному критерию стойкости. При этом критерий отбора основан на сравнении тока стока до и во время воздействия периодической серией импульсов.

9. Разработан автоматизированный измерительный комплекс для исследования характеристик деградации под воздействием СКИ субнаносекундной длительности.

10. Показано, что видеоимпульсы положительной полярности, действующие на входную цепь ПТШ, не вызывают эффектов деградации с длительным восстановлением. При воздействии на ПТШ двухполярных импульсов фактором долговременных обратимых отказов являются отрицательные составляющие этих импульсов.

11. При импульсных воздействиях отрицательной полярности, амплитуда которых превышает напряжение отсечки, основным механизмом обратимой деградации ПТШ является накопление заряда на глубоких уровнях в области канал/подложка. С повышением амплитуды могут проявляться другие механизмы, связанные с областями лавинного размножения заряда между затвором стоком и затвором истоком.

12. Изменение величины тока стока в процессе деградации и время восстановления ПТШ зависят от амплитуды и периода импульсного воздействия. При этом существует определенный порог амплитуды импульсов, превышение которого приводит к выраженным явлениям деградации.

13. Кумулятивный эффект обладает свойством насыщения. Это свойство определяет время экспозиции, превышение которого не приводит к дальнейшему развитию деградационного процесса.

14. Разработана математическая модель, которая позволяет учесть обратимые деградационные процессы в ПТШ, возникающие при воздействии импульсных перегрузок.

15. Разработана методика определения параметров полученной модели по экспериментальным характеристикам.

16. Результаты работы позволили ввести параметр обратимой деградации, дающий количественную характеристику этого эффекта.

♦ Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Бобрешов А.М. Исследование обратимых отказов GaAs ПТШ при импульсных перегрузках / А.М.Бобрешов, Г.К. Усков и [др.]// Известия ВУЗов. Электроника.-2006. -N5, -С.69-77.

2. Бобрешов А.М. Моделирование деградационных процессов в полевом транзисторе под воздейстием импульсных помех большой амплитуды/ А.М. Бобрешов, Г.К. Усков и [др.] // Вестн. Воронеж, гос. ун-та. Сер. Физика, Математика, -2006, -№1, -С.10-16.

3. Бобрешов A.M. Измерительный комплекс для исследования деградационных процессов под воздействием сверхкоротких видеоимпульсов / А.М. Бобрешов, Г.К. Усков. И.С. Коровченко // Энергия-21 век, -2006. -№3(61), -С.76-83.

4. Аверина Л.И. Нелинейное моделирование полевого транзистора в системе схемотехнического СВЧ проектирования Ansoft Serenade 8.0 / JI.И. Аверина, Г.К. Усков // Радиолокация, навигация, связь: VIII междунар. науч.-техн. конф. 2002 г. -Б.м. -2002 .-Т. 3 . -С.2162-2167.

5. Аверина Л.И. Определение параметров нелинейных моделей полевого транзистора в системе схемотехнического СВЧ проектирования Microwave Office / Л.И. Аверина, Г.К. Усков // Радиолокация, навигация и связь: IX междунар. науч.-техн. конф., 22-24 апр. 2003 г. -Б.м. -2003 .-Т.1.-С. 457-465.

6. Аверина Л.И. Влияние параметров нелинейной модели полевого транзистора MATERKA на ЭМС характеристики усилителя / Л.И.Аверина, Г.К.Усков и [др.] // 5 Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии: ЭМС-2003, 16-19 сент. 2003 г.: Сб. науч. докл. -2003.-С. 244-247 .— Б.м.

7. Бобрешов А.М. Нелинейное моделирование усилителей на полевых транзисторах в СВЧ диапазоне / А.М. Бобрешов, Г.К. Усков. и [др.] // Радиолокация, навигация, связь: X междунар. науч.-техн. конф., 13-15 апр. 2004 г. — Б.м. — 2004 .— Т. 1 С. 449-455.

8. Бобрешов А.М. Согласование усилителей средней мощности в нелинейном режиме на полевых транзисторах в СВЧ диапазоне / A.M. Бобрешов, Г.К. Усков и [др.] // Радиолокация, навигация, связь : 11 Международ, науч.-техн. конф., 12-14 апр. 2005 г., Воронеж .—■ Воронеж, 2005 .— Т. 1. - С. 371-377.

9. Бобрешов А.М. Детекторный эффект в моделях СВЧ усилителей на основе полевых GaAs транзисторов / A.M. Бобрешов, Г.К. Усков и [др.] // Радиолокация, навигация, связь : 11 Международ, науч.-техн. конф., 12-14 апр. 2005 г., Воронеж .— Воронеж, 2005 .— Т. 1. - С. 364-370.

10. Бобрешов А.М. Моделирование влияния эффекта детектирования на работу СВЧ усилительных каскадов / A.M. Бобрешов, Г.К. Усков [и др.] // 6-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии: материалы симп., 21-24 июня 2005 г. — СПб., 2005 .— С. 203-205.

11. Бобрешов А.М. Моделирование выходных усилительных каскадов на полевых транзисторах средней мощности в СВЧ диапазоне с учетом ЭМС / А.М. Бобрешов, Г.К. Усков [и др.] // 6-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии: материалы симп., 21-24 июня 2005 г. — СПб., 2005 .— С. 200-203.

12. Бобрешов А.М. Экспериментальное исследование обратимой деградации GaAs 11ТШ под воздействием импульсных перегрузок / A.M. Бобрешов, Г.К. Усков и [др.] // Радиолокация, навигация и связь: XII междунар. науч.-тех. конф., 18-20 апр.2006 г. -Б.м. - 2006.-Т.2.- с. 1229-1236.

13. Бобрешов A.M. Моделирование обратимой деградации тока стока полевых транзисторов с затвором шотки под действием серии видеоимпульсов отрицательной полярности/ A.M. Бобрешов, Г.К. Усков и [др.] // Радиолокация, навигация и связь: XII междунар. науч.-тех. конф., 18-20 апр.2006 г. —Б.м. - 2006.-Т.2.- с. 1214-1222.

14. Бобрешов A.M. Метод и устройство испытаний стойкости полевых транзисторов к импульсным перегрузкам / А.М. Бобрешов, Г.К. Усков и [др.] // Радиолокация, навигация и связь: ХП междунар. науч.-тех. конф., 18-20 апр.2006 г. -Б.м. - 2006.-Т.2.- с. 1237-1243.

15. Бобрешов А.М. Влияние эффекта детектирования на работу PSpice модели СВЧ усилителя / А.М. Бобрешов, Г.К. Усков и [др.] // Радиолокация, навигация и связь: XII междунар. науч.-тех. конф., 18-20 апр.2006 г. -Б.м. — 2006.-Т.2.- с. 1223-1228.

16. Бобрешов А.М. Характеристики электромагнитной совместимости 11'ГШ под воздействием импульсных помех/ A.M. Бобрешов, Г.К. Усков. И.И. Мещеряков //Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники ПЭМ2006: тр. 10-й Международ, науч.-техн. конф., Дивноморское, 24-29 сент. 2006 г. - 4.2. - 2006 . - С. 188 -191.

Работы [1,2] опубликованы в ведущих научных журналах

рекомендованных ВАК.

Подписано в печать 13.11.2006. Формат 60x84/16. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 900. Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета. 394000, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, ком.43, тел.208-853. Отпечатано в лаборатории оперативной печати ИПЦ ВГУ.

Список используемых сокращений.

Введение.

Глава 1. Исследование структурных нелинейных моделей полевых транзисторов и методов определения их параметров.

1.1.Нелинейные модели полевых транзисторов и методы их анализа. 22 1.2.Определение параметров структурных моделей транзистора по экспериментальным данным.

1.3.Формирование амплитудно-частотной характеристики усилителя работающего в нелинейном режиме.

1.4.Учет эффектов детектирования при моделировании МШУ на полевых транзисторах с затвором Шоттки.

Выводы.

Глава 2. Прогнозирование стойкости ПТШ к импульсным перегрузкам.

2.1.Проявление эффекта обратного управления ПТШ под действием импульсной перегрузки во входной цепи.

2.2.0братимая деградация ПТШ под действием периодических импульсов.

2.3. Постановка эксперимента и экспериментальная установка.

2.4. Экспериментальные результаты.

Выводы.

Глава 3. Экспериментальное исследование деградации ПТШ под действием импульсов большой амплитуды субнаносекундной длительности.

3.1.Физические основы деградационных процессов характеристик ПТШ при воздействии сверхкоротких видеоимпульсов.

3.2.Автоматизированный измерительный комплекс для исследования стойкости ПТШ к воздействию сверхкороткими видеоимпульсами. Состав автоматизированного комплекса.

3.3.Алгоритм программы управления экспериментом.

ЗАИсследование воздействия импульсов положительной полярности.

3.5.Исследование воздействия импульсов отрицательной полярности.

3.6.Механизмы обратимой деградации. Интерпретация результатов. 120 Выводы.

Глава 4. Моделирование деградационных процессов в ПТШ под воздействием СКИ.

4.1.Модель Хаммерштейна в случаях дискретного и непрерывного времен.

4.2.Математическая модель деградационных процессов в ПТШ и определение её параметров на основе экспериментальных данных.

4.3.Внедрение модели ПТШ в пакеты схемотехнического проектирования.

4.4.Параметр обратимой деградации.

Выводы.

Диссертационная работа посвящена исследованию и развитию методов анализа и синтеза входных устройств, построенных на базе GaAs полевых транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ) [1, 27, 66, 91, 126] и применению данных методов для предсказания и улучшения реальных характеристик помехозащищенности малошумящих усилителей (МШУ).

Актуальность темы

Исследования, проводимые в данной работе, направлены на решение проблемы обеспечения помехозащищенности и устойчивого функционирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в условиях помех [2-8]. 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 сосредоточенность на ограниченных территориях, то проблема обеспечения помехозащищенности 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.

Воздействие непреднамеренных и преднамеренных импульсных помех большой амплитуды становится все более существенным фактором функционирования РЭС. В связи с этим необходим анализ, контроль и совершенствование характеристик помехозащищенности радиоэлектронной аппаратуры и ее элементов, функционирующих в условиях такого рода. Поскольку амплитуда импульсных помех, особенно сверхкоротких импульсов (СКИ), может быть много больше амплитуды непрерывных помех, физические механизмы воздействия импульсов на элементы радиоаппаратуры отличаются от непрерывных воздействий, рассматриваемых обычно в рамках проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). Соответственно, отличаются и эффекты, наблюдаемые на практике. Проблема обеспечения помехозащищенности РЭС вызывает необходимость изучения данных механизмов и эффектов, что предполагает введение новых характеристик, отличных от характеристик ЭМС и отвечающих сущности воздействия импульсного типа.

Известно, что МШУ входят в число наиболее уязвимых по отношению к воздействию помех элементов радиоаппаратуры [85,86], поскольку они расположены в радиоприемном тракте сразу после приемной антенны и на них воздействуют помехи, принятые антенной. Часто эти помехи напрямую действуют на МШУ, так как в целях повышения чувствительности радиоприемника защитные устройства и фильтры на его входе могут отсутствовать. В настоящее время в качестве МШУ применяются главным образом усилители на основе малошумящих GaAs ПТШ. Все эти обстоятельства побуждают при изучении воздействия импульсных помех на радиоаппаратуру особое внимание уделить воздействиям на GaAs полевые транзисторы как одному из основных факторов поражения радиоаппаратуры.

Последствия импульсных перегрузок ПТШ выражаются в виде катастрофических или некатастрофических, в том числе обратимых, отказов. Чем меньше энергия воздействующих импульсов, тем менее вероятны необратимые отказы, и, следовательно, на первое место выходят обратимые отказы, которые могут играть главную роль даже при кратковременных перегрузках. Примером могут служить приемники радиолокационных станций (PJIC). Периодические зондирующие импульсы от передатчика неизбежно частично просачиваются через защитные устройства и поступают на вход МШУ. Эта мощность, как показывает практика, может достгать величину порядка 100 мет [85, 86, 88] и чаще всего вызывает обратимые отказы, проявляющиеся в ухудшении функциональных параметров МШУ в межимпульсных промежутках, что приводит к снижению чувствительности приемника PJ1C и, соответственно, к снижению дальности ее действия.

В связи с этим при проектировании РЭС, функционирующих в реальной электромагнитной обстановке в присутствии непреднамеренных и преднамеренных помех, актуальной задачей является оценка стойкости радиоаппаратуры и ее элементов к такого рода перегрузкам. С этой целью были проведены исследования деградационных процессов в ПТШ, а так же были разработаны методики и устройства испытаний уязвимых элементов радиоаппаратуры на стойкость к различного рода перегрузкам [89, 90, 93-95]. Здесь под деградацией понимается ухудшение функциональных параметров транзистора (снижению коэффициента усиления, уменьшению тока стока транзистора и др.) в результате импульсных воздействий, с последующим восстановлением этих параметров после его прекращения [93-95].

Недостаточное количество публикаций по данной тематике подтверждает незавершённость существующих исследований. В особенности это относится к воздействиям сверхкоротких видеоимпульсов.

Надо отметить, что исследованиям ПТШ и их моделированию на сегодняшний день посвящено достаточно большое количество публикаций [9-53], освещающих в основном проблемы обеспечения ЭМС и не отражающих должным образом исследуемых в работе вопросов. Так в современных системах схемотехнического проектирования не производится учет деградационных процессов в ПТШ, что делает актуальной практическую задачу усовершенствования существующих методов анализа и расширения применимости моделей ПТШ на исследуемый в диссертации класс процессов.

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

Целыо работы является:

1. Развитие методов анализа нелинейных явлений, возникающих в твердотельных устройствах.

2. Разработка методики и экспериментальной установки для исследования стойкости ПТШ к импульсным воздействиям.

3. Исследование явлений, возникающих в ПТШ под действием сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности и их влияния на функциональные параметры транзистора.

4. Развитие методов анализа нелинейных явлений возникающих вследствие импульсных помех для возможности улучшения характеристик помехозащищенности транзисторных усилителей.

Основные задачи диссертации вытекают непосредственно из ее целей:

- создать универсальную методику определения параметров нелинейных моделей твердотельных приборов;

- разработать методику и экспериментальную установку для исследования стойкости ПТШ к импульсным перегрузкам;

- разработать методику эксперимента для исследования характеристик деградационных процессов в ПТШ.

- разработать автоматизированный измерительный комплекс для проведения экспериментов по воздействию сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности на GaAs ПТШ;

- исследовать характер поведения GaAs ПТШ под действием сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности;

- построить нелинейную модель, позволяющую учесть характеристики деградации ПТШ под воздействием импульсных перегрузок;

Научная повита.

1. Разработана универсальная по отношению к ЭС методика определения параметров структурных моделей твердотельных приборов.

2. Предложена модель позволяющая учесть процессы связанные с обратимой деградацией характеристик ПТШ при проектировании РЭА.

3. Разработана методика измерения и автоматизированный измерительный комплекс для исследования характеристик деградационных процессов в ПТШ под воздействием сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности.

4. Впервые получены экспериментальные зависимости тока стока ПТШ при воздействии на него серией сверхкоротких видеоимпульсов субнаносекундной длительности.

5. Дана физическая интерпретация деградационных процессов в ПТШ под импульсными воздействиями.

6. Разработаны методика и экспериментальная установка для отбора ПТШ по заданным критериям стойкости к импульсным перегрузкам.

Практическая ценность.

Использование моделей ПТШ, полученных на основе разработанной методики определения параметров, позволяют повысить точность расчетов.

Методика и экспериментальная установка для исследования стойкости ПТШ к импульсным перегрузкам могут быть использованы для отбора типов или экземпляров ПТШ по заданным критериям стойкости к импульсным перегрузкам.

Автоматизированный измерительный комплекс, методика эксперимента, результаты исследования деградационных характеристик ПТШ под влиянием сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности, а также выявленные механизмы данных процессов представляют самостоятельный научный и практический интерес, с точки зрения повышения помехозащищенности приборов.

Предложенная модель и методика определения ее параметров по экспериментальным данным, позволяют учесть деградационные процессы ПТШ при проектировании РЭА.

Результаты диссертации могут быть использованы и при проектировании и других устройств, построенных на базе ПТШ.

Полученные результаты используются в учебном процессе кафедры электроники ВГУ и при разработке изделий в ОАО «Концерн «Созвездие».

Состояние исследуемой проблемы.

В приемниках СВЧ диапазона на входе используются малошумящие усилители, конструктивно выполненные в виде отдельных функциональных блоков, имеющих свой набор параметров и характеристик [128, 129].

В настоящее время в качестве входных усилителей в СВЧ диапазоне наиболее часто используются транзисторные усилители, в частности усилители на полевых транзисторах с затвором Шоттки [1]. Их применение обусловлено высоким коэффициентом усиления и низким коэффициентом шума в сантиметровом и миллиметровом диапазонах [1, 91, 126]. В последние годы появилось значительное число отечественных и зарубежных публикаций, посвященных различным аспектам функционирования СВЧ усилителей на транзисторах в нелинейных режимах работы, а также их моделированию в этих режимов. При этом упор в исследованиях, как правило, делается на повышение адекватности используемых моделей ПТШ и расширения их области применения [11-26].

Если выбор модели, как правило, определяется решаемыми задачами, то проблема идентификации ее параметров, определения наборов констант, характеризующих элементы эквивалентной схемы конкретных типов ПТШ, остается важной и не до конца решенной. Определение параметров моделей обычно производится по экспериментальным данным транзистора или его конструктивным параметрам [58-62]. К основным недостаткам существующих методик идентификации параметров моделей можно отнести то, что они либо жестко привязаны к топологии модели, либо параметры находятся для определенных условий работы транзистора (режим работы транзистора, частотный диапазон, уровень входного сигнала и т.д.) с использованием вычислений или программ, не входящих в пакеты схемотехнического проектирования. Поэтому существует понятная заинтересованность в универсальной методике определения параметров, интегрированной в САПР и исследовании применимости моделей и методов нелинейного анализа для синтеза МШУ.

Любое устройство нельзя считать качественным, если в отсутствии помех оно выполняет свое назначение и не выполняет при наличии помех. Если изделие не удовлетворяет требованиям помехозащищенности, то остальные показатели качества могут потерять значение, поскольку оно не сможет обеспечить прием полезного сигнала. Заметим, что наиболее уязвимой частью РЭС являются входные цепи [85,86]. Поэтому в литературе значительная часть публикаций по теме посвящена моделированию входных МШУ и их оптимизации с целью повышения их помехозащищенности [2-8, 24, 128]. В основном проводится анализ воздействия непрерывных помех, рассматриваемых в рамках задач ЭМС, следствием которых является ухудшение функциональных характеристик прибора во время их действия. Однако, влияние импульсных помех на работу МШУ принципиально отличается от влияния непрерывных воздействий ввиду наличия эффекта последействия, связанного с полупроводниковой структурой транзистора. В этом случае происходит постепенное восстановление характеристик прибора после окончания действия импульсной помехи.

В работах [85, 86] обобщаются известные результаты по изучению явления деградации GaAs ПТШ. При этом рассматриваются, в основном, перегрузки в виде СВЧ-импульсов. Отмечается, что под действием перегрузок в различных областях полупроводниковой структуры происходит образование объемного заряда путем концентрации его на глубоких уровнях. Природа глубоких уровней полуизолирующей подложки хорошо изучена [90-92]: это, прежде всего, донорный уровень EL2 и акцепторный уровень, связанный с примесью хрома, которым подложка легируется в целях получения компенсированного полуизолирующего материала GaAs. Оба эти уровня расположены в середине запрещенной зоны вблизи уровня Ферми. Глубокие уровни под затвором имеют природу поверхностных состояний на границе полупроводника с тонким оксидным слоем, который всегда присутствует в структуре контакта металл-полупроводник [92, 102]. Эти состояния, среди которых имеются как донорные, так и акцепторные, непрерывно распределены по энергиям в пределах запрещенной зоны [92]. Глубокие уровни под затвором могут появляться также в результате дефектов, вызванных диффузией металла в полупроводник [89].

При исследовании процессов связанных с накоплением заряда на глубоких уровнях возникает проблема выбора критериальных параметров для количественной оценки видеоимпульсных воздействий. Среди них известна концепция джоулевой энергии [130], когда определяется энергия, выделяющаяся в объекте воздействия. При этом должен быть определен максимум энергии, который может быть выделен в объекте при заданном воздействии и ее минимум, необходимый для деградации чувствительного к данному воздействию элемента. При реальных испытаниях обычно известна энергия, излучаемая генератором помехи. Энергия, поглощаемая объектом, неизвестна и должна быть каким-то образом оценена. Это - сложная задача, поскольку поглощаемая энергия зависит от множества факторов, включая геометрию испытуемых цепей, ориентацию их в пространстве, экранировку и т.д.

Поэтому для количественной характеристики импульсных воздействий часто используют более простые параметры, например джоулеву энергию излучаемых импульсов пиковая мощность (излучаемая или поглощаемая), пиковое номинальное напряжение генератора или пиковые напряжения и токи, наводимые в цепях объекта воздействия.

Как было отмечено, эффекты последействия связанные с полупроводниковой структурой транзистора не учитываются в современных системах схемотехнического проектирования. Это делает актуальным разработку и внедрение в них модели с учетом вышеописанных эффектов при проектировании РЭА.

В первой главе диссертационной работы проведен анализ применимости структурных моделей полевых транзисторов и их методов анализа в условиях импульсных перегрузок.

Предложена методика определения параметров моделей твердотельных устройств по экспериментальным данным, в качестве которых могут выступать различные характеристики, например вольтамперные, передаточные характеристики, линейные параметры, снятые для различных режимов работы, характеристики блокирования, интермодуляции и др. Определение параметров происходит в несколько этапов. На первом этапе создаются схемы компьютерного эксперимента, воспроизводящие схемы измерения экспериментальных данных, по которым определяются параметры модели. При этом параметры модели выносятся в отдельный блок, и подставляются в ЭС модели каждой из схем компьютерного эксперимента. На втором этапе вводится целевая функция как квадрат разности значений рассчитываемых и экспериментальных характеристик. Далее проводится процедура многопараметрической оптимизации, в процессе каждой итерации которой происходит варьирование параметров модели, их подстановка в ЭС схем компьютерного эксперимента и приближение расчетных характеристик каждой из схем к экспериментальным одновременно. После того как разница между рассчитываемыми и экспериментальными характеристиками станет меньше заданной погрешности, оптимизации окончательные значения параметров модели принимаются равными параметрам последней итерации.

Достоинством такого подхода является: универсальность по отношению к эквивалентной схеме модели; возможность использовать различные экспериментальные данные для определения параметров; простота реализации методики в системах схемотехнического проектирования.

Рассмотрена процедура идентификации параметров на примере модели Materka, для транзистора малой мощности, и модели Mosnl4, для транзистора средней мощности. На основе полученных моделей в среде Microwave Office были рассчитаны передаточные характеристики транзисторных усилителей. При сопоставлении полученных коэффициентов компрессии по уровню 1 дБ с экспериментальными было получено их хорошее соответствие. Так же показано, что модели, полученные с помощью разработанной методики, позволяют учитывать и другие нелинейные эффекты (блокирование, интермодуляционные искажения, детекторный эффект).

Для исследования эффекта детектирования было проведено моделирование МШУ на ПТШ. При подаче импульсных воздействий на его входную цепь наблюдался эффект последействия. Был выяснен механизм данного процесса: емкости во внешних цепях затвора и стока заряжаются продетектированным током импульсной серии во время действия импульса; во время пауз между импульсами происходит их постепенный разряд через выходное сопротивление источника питания.

Так же было показано, что для учета эффекта последействия, связанного с обратимой деградацией характеристик ПТШ при импульсных перегрузках необходима доработка его ЭС.

Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованию процессов в ПТШ при воздействии видеоимпульсных перегрузок. Для этого был разработан метод испытаний ПТШ на подверженность обратимым отказам, а также экспериментальная установка для испытаний на основе этого метода.

Суть эксперимента заключается в воздействии на исследуемый образец одиночными видеоимпульсами различной амплитуды и полярности и их сериями. Наблюдаемой величиной является ток стока ПТШ, интенсивность изменения которого, а также динамика восстановления являются основными показателями стойкости транзистора.

Были проведены эксперименты с несколькими типами отечественных и зарубежных транзисторов и выяснены основные закономерности обратимых отказов ПТШ. В общем случае процесс восстановления тока стока /С1 после импульсного воздействия состоит из двух характерных частей, описываемых существенно различными постоянными времени:

- Быстрая релаксация в течение времени At\. Для разных типов и экземпляров транзисторов величина времени A/t может составлять от одной до десятков мкс.

- Медленная релаксация в течение времени At2, представляющая собой весьма растянутый во времени процесс до полного восстановления первоначального значения /ст. Время At2 этого процесса сильно зависит от типа транзистора.

Показано, что основным механизмом обратимой деградации ПТШ под действием импульсных перегрузок во входной цепи является увеличение толщины объемного слоя на границе канал/подложка вследствие заполнения электронами глубоких уровней полуизолирующей GaAs подложки. Под действием входных перегрузок накопление объемного заряда в подложке происходит при воздействии на затвор ПТШ напряжения отрицательной полярности, абсолютная величина которого превышает напряжение отсечки.

Главной особенностью периодического воздействия по сравнению с воздействием одиночного импульса является наличие кумулятивного эффекта, в силу которого глубина деградации, достигаемая под действием периодических импульсов, может быть значительно больше, чем при одиночном импульсе той же амплитуды и длительности. Кумулятивный эффект приводит к тому, что действие периодических СВЧ-импульсов близко по своему эффекту к действию периодических видеоимпульсов, так что с помощью периодических видеоимпульсов можно воспроизвести условия деградации ПТШ, имеющие место под действием СВЧ-импульсов.

На основе разработанной методики можно производить тестирование ПТШ с целью оценки их стойкости к обратимым отказам в условиях импульсных перегрузок или же с целью отбора типов или экземпляров ПТШ по критериям, связанным с конкретными приложениями.

В третей главе исследовались деградационные процессы в малошумящих полевых транзисторах под действием субнаносекундных видеоимпульсов, подаваемых на выводы транзисторов контактным путем. Поскольку наиболее вероятным на практике является поступление помех по входным цепям, то изучалось действие импульсов в цепи затвор-исток. Для этого был разработан автоматизированный измерительный комплекс, позволяющий проводить испытания ПТШ на стойкость. Основным достоинством данного измерительного комплекса является гибкость, которая позволяет его легко совершенствовать и модифицировать, поскольку каждая часть представляет собой отдельный блок, а так же встроенный в программу управления язык команд, с помощью которого осуществляется планирование и проведение эксперимента. Такой подход дает возможность расширения исследований на другие типы транзисторов и прочие полупроводниковые приборы. Автоматизация измерений обусловлена тем, что исследуемые процессы обладают временем восстановления, которое может достигать значений от десятка мс до нескольких часов в зависимости от параметров импульсного воздействия.

В ходе экспериментов было выявлено, что основное поражающее действие оказывают видеоимпульсы отрицательной полярности, которые по величине превосходят напряжение отсечки. После запуска импульсной серии каждый отрицательный импульс приводит к последовательному снижению величины тока стока /ст, что свидетельствует о кумулятивном эффекте, который заключается в сложении результатов воздействия отдельных импульсов, так что общее уменьшение величины /ст за время экспозиции Т)Ш1 значительно превышает изменение тока стока в результате действия отдельного импульса. Во время действия импульсной серии среднее значение величины /ст, уменьшаясь, стремиться к некоторому стационарному значению, зависящему от амплитуды импульсов и периода их следования. Таким образом, кумулятивный эффект обладает свойством насыщения. Это свойство определяет время экспозиции, превышение которого не приводит к дальнейшему развитию деградационного процесса. По завершении серии происходит медленное восстановление /ст до исходного значения /ст0.

Эффекты, наблюдаемые в ПТШ под воздействием СКИ большой амплитуды, обладают большим временем восстановления, по сравнению с эффектами, рассматриваемыми во второй главе. Исходя из этого, кроме изменения толщины объемного слоя на границе канал/подложка ПТШ должны проявляться механизмы, связанные с накопление заряда в других областях полупроводниковой структуры. Таким механизмом длительной деградации ПТШ, при высоких значениях амплитуды, может быть аккумулирование отрицательного заряда в диэлектрике, покрывающем поверхность GaAs в промежутках затвор-сток и затвор-исток. Суть предполагаемого эффекта заключается в том, что в области лавинного размножения носителей в поверхностном слое GaAs возникает большое количество разогретых электронов, имеющих энергию, достаточную для туннелирования на ловушки диэлектрика или для инжекции в диэлектрик с последующим захватом на ловушки. С рассмотренными эффектами границы канал-диэлектрик может быть связана наблюдаемая в эксперименте обратимая деградация ПТШ с временем восстановления порядка десятков минут и более. Наличием двух рассмотренных областей накопления заряда при воздействии на вход ПТШ СКИ с амплитудой, превышающей напряжение пробоя, может быть объяснено наличие наблюдаемых в эксперименте двух стадий процесса восстановления ПТШ с существенно различной продолжительностью, связанных с релаксацией заряда на границе канал-подложка (порядка секунды и менее) и с релаксацией заряда границы канал-диэлектрик (десятки минут и более).

В четвертой главе рассматриваются решение проблемы моделирования эффектов обратимой деградации GaAs ПТШ под действием периодических последовательностей субнаносекундных видеоимпульсов и характеристики помехозащищенности МШУ по отношению к таким помехам. Предложен метод учета этих эффектов в системах автоматизированного схемотехнического проектирования, а так же предложен параметр, характеризующий помехозащищенность МШУ на GaAs ПТШ в условиях действия импульсных помех.

Для моделирования обратимой деградации характеристик ПТШ предложено использовать дополнительную модель, подключенную к затвору, которая влияет на поведение канала транзистора, посредством введения дополнительного напряжения затвор - исток в зависимости от входного воздействия.

Показано, что величина тока стока под воздействием отрицательных импульсов определяется двумя факторами противоположного действия: кратковременным эффектом воздействия положительных выбросов напряжения на затворе за счет реактивных элементов в схеме эксперимента, которые увеличивают ток стока, и действия отрицательных составляющих импульсов, которое уменьшает ток. Это дает возможность выделить блоки в модели, описывающие эффекты положительных и отрицательных импульсов раздельно. В каждом из блоков использовались ветви модели Хаммерштейна, каждая из которых включала линейный блок с памятью и нелинейный блок без памяти. Так для описания воздействия отрицательных импульсов, первая ветвь моделировала поведение канала транзистора во время, а вторая - после воздействия. В блоке, описывающем воздействие положительных импульсов, было предложено использовать одну ветвь с нелинейным блоком на выходе.

Параметры полученной модели были найдены по значениям экспериментальных зависимостей тока стока, для которых выбросы за счет реактивных элементов в схеме экспериментальной установки не оказывали действия. Были рассчитаны зависимости тока стока от времени, для различных периодов следования импульсов. При сопоставлении результатов было получено их хорошее соответствие с экспериментом.

На основе разработанной математической модели в пакете схемотехнического проектирования Ansoft Designer была построена ее схемная реализация, которая совместно с моделью, представленной в главе 1, может быть использована для учета эффектов обратимой деградации ПТШ в системах схемотехнического проектирования.

Результаты работы позволили ввести параметр обратимой деградации, дающий количественную характеристику этого эффекта.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты.

Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:

• Универсальная по отношению к ЭС методика определения параметров структурных моделей твердотельных приборов.

• Методика измерения и экспериментальная установка для определения восприимчивости ПТШ к перегрузкам импульсами произвольной длительности.

• Методика эксперимента и автоматизированный измерительный комплекс для исследования характеристик деградационных процессов в ПТШ под воздействием сверхкоротких импульсов субнаносекундной длительности.

• Экспериментальные зависимости деградационных характеристик ПТШ от энергетических и структурных параметров импульсных воздействий.

• Выявленные физические механизмы обратимой деградациии ПТШ под импульсными воздействиями.

• Аналитическая модель ПТШ, учитывающая процессы обратимой деградации ПТШ под импульсными воздействиями.

Апробация работы.

Основные материалы диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

VIII, IX, X, XI, XII Международных научно - технических конференциях «Радиолокация, навигация и связь», Воронеж, 2002, 2003, 2004, 2005,2006 г., соответственно;

5, 6 Международных симпозиумах по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, г. Санкт-Петербург, 2003, 2005 г., соответственно;

10-й Международной научно-технической конференции Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники ПЭМ2006, Дивноморское, 2006 г;

Научных сессиях Воронежского государственного университета, г. Воронеж, 2002,2003,2004, 2005, 2006 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах [29, 63-65, 69, 70, 82-84, 94, 95, 105, 113, 121-123].

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 130 наименований. Объем диссертации составляет 178 страниц, включая 113 страниц основного текста, 75 рисунков на 50 страницах, 14 страниц списка литературы и 1 страницы приложения.

18. Результаты работы позволили ввести параметр обратимой деградации, дающий количественную характеристику этого эффекта

Заключение.

1. Проанализированы нелинейные модели полевых транзисторов СВЧ диапазона, а так же современные методы анализа нелинейных схем и их применимость. Показано, что для учета эффекта последействия, связанного с обратимой деградацией характеристик ПТШ при импульсных перегрузках необходима доработка его ЭС.

2. Разработана универсальная по отношению к ЭС методика, позволяющая определять параметры структурных моделей твердотельных приборов по экспериментальным данным.

3. Показано, что модели, полученные с помощью разработанной методики, позволяют учитывать нелинейные эффекты (компрессию, блокирование, интермодуляцию, детекторный эффект) при моделировании транзисторных усилителей. При этом наблюдается хорошее соответствие с экспериментом.

4. Решена задача формирования амплитудно-частотной характеристики усилителя, работающего при высоком уровне входного сигнала с применением предложенной методики.

5. Показано, что воздействие импульсных помех на МШУ может приводить к изменению рабочего режима транзистора с выраженным последействием за счет эффекта детектирования.

6. Разработаны методика и экспериментальная установка, позволяющие проводить исследования деградационных процессов в ПТШ под действием импульсных перегрузок.

7. Показано, что основным механизмом обратимой деградации ПТШ под действием импульсных перегрузок во входной цепи является увеличение толщины зарядного слоя на границе канал/подложка вследствие заполнения электронами глубоких уровней полуизолирующей GaAs подложки. Под действием входных перегрузок накопление объемного заряда в подложке происходит при воздействии на затвор ПТШ напряжения отрицательной полярности, абсолютная величина которого превышает напряжение отсечки.

8. Действие перегрузок в виде периодических коротких импульсов обладает свойством накопления эффекта (кумулятивный эффект), следствием чего может быть заметная деградация ПТШ, несмотря на малую длительность отдельных импульсов.

9. Предложена методика отбора образцов ПТШ по заданному критерию стойкости. При этом критерий отбора основан на сравнении тока стока до и во время воздействия периодической серией импульсов.

10. Разработан автоматизированный измерительный комплекс для исследования характеристик деградации под воздействием СКИ субнаносекундной длительности.

11. Показано, что видеоимпульсы положительной полярности, действующие на входную цепь ПТШ, не вызывают эффектов деградации с длительным восстановлением. При воздействии на ПТШ двухполярных импульсов фактором долговременных обратимых отказов являются отрицательные составляющие этих импульсов.

12. При импульсных воздействиях отрицательной полярности, амплитуда которых превышает напряжение отсечки, основным механизмом обратимой деградации ПТШ является накопление заряда на глубоких уровнях в области канал/подложка. С повышением амплитуды могут проявляться другие механизмы, связанные с областями лавинного размножения заряда между затвором стоком и затвором истоком.

13. Изменение величины тока стока в процессе деградации и время восстановления ПТШ зависят от амплитуды и периода импульсного воздействия. При этом существует определенный порог амплитуды импульсов, превышение которого приводит к выраженным явлениям деградации.

14. Кумулятивный эффект обладает свойством насыщения. Это свойство определяет время экспозиции, превышение которого не приводит к дальнейшему развитию деградационного процесса.

15. Разработана математическая модель, которая позволяет учесть обратимые деградационные процессы в ПТШ, возникающие при воздействии импульсных перегрузок.

16. Разработана методика определения параметров полученной модели по экспериментальным характеристикам.

17. На основе математической модели в пакете схемотехнического проектирования Ansoft Designer была построена ее схемная реализация, которая совместно с моделью, представленной в главе 1, может быть использована для учета эффектов обратимой деградации ПТШ в системах схемотехнического проектирования.

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

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

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

4. Владимиров В.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем / Владимиров В.И. и др.; Под ред. Н.М.Царькова. М.: Радио и связь, 1985. - 272 с.

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

6. Малевич И.Ю. Оценка интермодуляционных параметров высоколинейных приемно-усилительных трактов / И.Ю.Малевич // Радиотехника. 1995. - №6. - С. 19-21.

7. Kundert K.S. The designer guide to SPICE and SPECTRE / K.S. Kundert- Kluwer Academic Publishers , 1995.

8. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и Pspise для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. Вып. 3. Моделирование аналоговых устройств / В.Д. Разевиг. М.:Радио и связь, 1992. - 65с.

9. Rizzoli V. A General-Purpose Program for Nonlinear Microwave Circuit Design / V. Rizzoli, A. Lipparini, E. Marazzi // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., September 1983. V. 31, no. 9. - P. 762-770.

10. Rizzoli V. State-of-the-Art and Present Trends in Nonlinear Microwave CAD Techniques / V. Rizzoli, A. Neri // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , February 1988. V. 36, no. 2. - P. 343-365.

11. Rizzoli V. General-Purpose Harmonic-Balance Analysis of Nonlinear Microwave Circuits Under Multitone Excitation / V. Rizzoli, C. Cecchetti, A. Lipparini, F. Mastri // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , December 1988. -V.36, no. 12.-P. 1650-1660.

12. Rizzoli V. Computation of Large-Signal S-Parameters by Harmonic-Balance Techniques / V. Rizzoli, A. Lipparini, F. Mastri // Electron. Lett., Mar. 1988. V. 24. - P. 329-330.

13. Rizzoli V. Harmonic-Balance Simulation of Strongly Nonlinear Very Large-Size Microwave Circuits by Inexact Newton Methods / V. Rizzoli, F. Mastri, and F. Sgallari, G. Spaletta//IEEE MTT-S, 1996. P. 1357-1360.

14. Maas S. Nonlinear Microwave Circuits / S. Maas. IEEE Press, New York, 1996. - 67 p.

15. Graham J. Nonlinear System Modeling and Analysis with Applications to Com-munications Receivers / J. Graham L. Ehrman. Rome Air Development Center Technical Report No. RADC-TR-73-178, 1973.

16. Busgang J.J. Analysis of Nonlinear Systems with Multiple Inputs / J.J. Busgang, L. Ehrman, J.W. Graham // Proc. IEEE, 1974. V. 62. - P. 1088.

17. Weiner D.D. Sinusoidal Analysis and Modeling of Weakly Nonlinear Circuits / D.D. Weiner, J.F. Spina. Van Nostrand, New York, 1980. - 73 p.

18. M. Schetzen The Volterra & Wiener Theories of Nonlinear Systems / M. Schetzen. John Wiley & Sons, New York, 1980. - 124 p.

19. Maas S., "Modeling MESFETs for Intermodulation Analysis of Mixers and Amplifiers / S. Maas, D. Neilson // IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 1990.-P. 1291-1294.

20. Press W. H. Numerical Recipes / W. H. Press e. a. Cambridge University Press, Cambridge, 1986. -140 p.

21. Cheng Y. MOSFET modeling & BSIM3 user's guide / Y. Cheng, C. Hu -Kluwer Academic Publishers, 1999. 228 p.

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

23. Materka A. Computer calculation of large-signal GaAs FET amplifier characteristics / A. Materka, T. Kacprzak // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn, 1985.-N2. P.129-135.

24. Krozer V. Intermodulation distortion analysis of cascaded MESFET amplifiers using Volterra series representation / V. Krozer, H. Hartnagel // Int. J. Electron.-1985.- 58, N4.- P.693-708.

25. Kondoh H. An accurate FET Modelling from measured S-parameters / H. Kondoh // IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Digest, New York, 1986.- P.377-380.

26. Jastrzebski A.K. Non-linear MESFET Modelling / A.K. Jastrzebski // 17th Eur.Microwave Conf., Rome: Conf.Proc.- Tunbeidge Wells, 1987.- P.599-604.

27. Miller J.E. Investigation of GaAs MESFET Small-signal Equivalent circuits for use in a Cell Library / J.E. Miller // 19th Eur.Microwave Conf., London, 4-7 Sept.: Conf.Proc.- Tunbeidge Wells, 1989.- P. 991-996.

28. Platzker A. Large-signal GaAs FET Amplifier CAD Program / A. Platzker, Y. Tajima // IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Digest, 1982.- P.450-452.

29. Willing A.H. Technique for Predicting Large-Signal Perfonnance of a GaAs MESFET / A.H. Willing, C. Rausher, P.A. Santis // Trans.IEEE, 1978.- v.MTT-26, N 12.- P.1017-1023

30. Liu W. BSIM3V3.2.2 MOSFET Model User's Manual / W. Liu e. a.. Dept. of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, CA 94720, USA, 1999. -21 p.

31. Cheng Y. MOSFET Modeling & BSIM3 User's Guide, Norwell, MA / Y. Cheng, C. Hu. Kluwer, 1999. - 63p.

32. Foty D.P. MOSFET Modeling with SPICE: Principles and Practice / D.P. Foty. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, USA, 1997. -19 p.

33. Curtice W. R. A Nonlinear GaAs FET Model for Use in the Design of Output Circuits for Power Amplifiers / W. R. Curtice // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 1985 V. MTT-33, - P. 1383.

34. Fujii K. A Nonlinear GaAs FET Model Suitable for Active and Passive MM

35. Wave Applications / К. Fujii, Y. Hara, F. M. Ghannouchi, T. Yakabe, H. Yabe // IEICE Trans., Feb., 2000 V. E83-A, no. 2. -P. 228.

36. Fujii K. The Consideration of Voltage-Controlled Charge Sources Controlled by Two Voltage Sources for a GaAs MESFET Large-Signal Model / K. Fujii, K. Ogawa, Y. Takano // IEIEC Trans., Sept. 1997. V. J80-C-I, no. 9. -P. 414

37. Fujii K. Accurate Modeling for Drain Breakdown Current of GaAs MESFETs / K. Fujii, Y. Нага, T. Yakabe, H. Yabe // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., April, 1999.-V. 47, no. 4. -P. 516.

38. Antognetti P. Semiconductor Device Modeling with SPICE / P. Antognetti, G. Massobrio. -New York: McGraw-Hill, 1988. 78 p.

39. Curtice W. A New Dynamic Electro-Thermal Nonlinear Model for Silicon RF LDMOS FETs / W. Curtice e.a. // International Microwave Symposium Digest of Papers, 1999.-P. 835-840.

40. Curtice W. A New Dynamic Electro-Thermal Nonlinear Model for Silicon RF LDMOS FETs / W. Curtice e.a. // IEEE International Microwave Symposium Digest of Papers, 1999. P. 420-421.

41. Parker A. A Realistic Large-signal MESFET Model for SPICE/ A. Parker, D. Skellern//IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Sept 1997.-P. 1563-1571.

42. Statz H. GaAs FET Device and Circuit Simulation in SPICE / H. Statz e.a. // IEEE Trans. Electron Devices, 1987. V. ED-34. -P. 160.

43. Divekar D. Comments on 'GaAs FET Device and Circuit Simulation in SPICE1 / D. Divekar // IEEE Trans. Electron Devices, 1987. V. ED-34. - P. 2564.

44. McCant A. J. An Improved GaAs FET Model for SPICE / A. J. McCant, G. D. McCormack, D. H. Smith // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., June, 1990. -V. MTT-38. P. 822.

45. Hallgren R. В. TOM3 Capacitance Model: Linking Large- and Small-signal MESFET Models in SPICE / R. B. Hallgren, P. H. Litzenberg // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., May, 1999. V. 47, no. 5. - P. 556.

46. Yhland K. Resistive FET Mixers / K. Yhland. -Ph. D. Diss., Chalmers

47. University of Technology, Goteborg, Sweden, 1999. - 124 p.

48. Yhland K. A Symmetrical HFET/MESFET Model Suitable for Intermodulation analysis of Amplifiers and Resistive FET Mixers / K. Yhland, N. Rorsman, M. Garcia, H. Merkel // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Jan., 2000. vol. 48. - P. 15.

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

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

51. Willing Н.А. Modelling of Gunn-domain Effects in GaAs MESFETs / H.A.Willing, P.Santis // Electron Let, 1977.- v. 13, N18.- P.537-539.

52. Rhyne G.W. Generalized power series analysis of intermodulation distortion in a MESFET amplifier: simulation and experiment / G.W. Rhyne, M.B. Steer// IEEE Trans. Microwave Theory and Techn, 1987.-35, N12.- P. 1248-1255.

53. Разевиг В.Д. Проектирование СВЧ-устройств с помощью Microwave Office: Под ред. В.Д. Разевига. / В.Д. Разевиг, Ю.В. Потапов, А.А. Кукушкин М.: СОЛОН-Пресс, 2003. - 496с.

54. Алгазинов Э.К. Определение параметров моделей на примере полевого транзистора / Э.К. Алгазинов, A.M. Бобрешов, О.А. Иркутский // Изв. Вузов. Электроника, 1999. №6. - С. 35-40.

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

56. Бобрешов A.M. Нелинейное моделирование усилителей на полевых транзисторах в СВЧ диапазоне / A.M.Бобрешов, Г.КУсков, и др. // Радиолокация, навигация, связь: X междунар. науч.-техн. конф., 13-15 апр. 2004 г. — Б.м. — 2004 .— Т. 1 .— С. 449-455.

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

58. Реклейтис Р. Оптимизация в технике / Р. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел. М.: Мир, 1986.- 280с.

59. Групта К. Машинное проектирование СВЧ устройств / К. Групта, Р. Гардж, Р. Чадха; Пер. с англ. -М.:Радио и связь, 1987.-532с.

60. Малевич И.Ю. Оценка интермодуляционных параметров высоколинейных приемно-усилительных трактов / И.Ю. Малевич // Радиотехника. 1995. - №6. - С. 19-21.

61. Шарапов Ю.И. Преобразование частоты Fn,,=Fr-Fc при Fr>Fc и постоянной частоте гетеродина без заданных комбинационных составляющих / Ю.И. Шарапов // Радиотехника. 1997. - №12. - С.79-83.

62. Веселов Г.И. Микроэлектронные устройства СВЧ / Под редакцией Г.И. Веселова. М.:Высшая школа, 1988.- 280с.

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

64. Маттей Г.Л. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи: Пер. с англ./ Янг J1., Джонс Е.М.; Под ред. Л.В.Алексеева и Ф.В.Кушнира.- М.: Связь, 1971,- 200с.

65. Forcier M.L. Microwave-Rectification RFI Response in Field-Effect Transistors / M.L. Forcier, R.E. Richardson // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 1979. V. EMC-21, No 4. -P.312-315.

66. Бригидин A.M. Восприимчивость транзисторов к воздействию электромагнитных помех / A.M. Бригидин, Н.И. Листопад, Н.А. Титович, Г.И. Ясюля // Радиотехника. -1990. -№9, -С.36-37.

67. Усанов Д.А. Изменение характеристик полупроводниковых приборов при воздействии на них СВЧ излучения / Д.А. Усанов // Известия вузов. Сер. Электроника, 1997. -№1. -С.49-52.

68. Усанов Д.А. Детекторный эффект в СВЧ усилителях на транзисторах / Д.А. Усанов, А.А. Безменов, А.Ю. Вагарин, В.М. Логинов // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1981. -вып. 9(333). -С.60-61.

69. Усанов Д.А. Детекторный эффект в СВЧ- усилителях на полевых транзисторах / Д.А. Усанов, А.А. Безменов, А.Ю. Вагарин, В.М. Логинов // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1984. -вып. 1 (361). -С. 32-33.

70. Бобрешов A.M. Влияние эффекта детектирования на работу PSpice модели СВЧ усилителя / А.М.Бобрешов, Г.К.Усков и др. // Радиолокация,навигация и связь: XII междунар. науч.-тех. конф., 18-20 апр.2006 г. -Б.м. -2006.-Т.2.- с. 1223-1228.

71. Антипин В.В. Влияние мощных импульсных микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы / В.В. Антипин, В.А. Годовицын, Д.В. Громов и др. // Зарубежная радиоэлектроника, 1995. -№1.-С. 37-53.

72. Баранов И.А. Стойкость твердотельных модулей СВЧ к кратковременным электроперегрузкам / И.А. Баранов, О.И. Обрезан, А.И. Ропий // Обзоры по электронной технике. Сер. 1, СВЧ-техника. М.: ЦНИИ «Электроника», 1997. - 111с.

73. James D.S. A study of high power pulsed characteristics of lower-noise GaAs MESFET's / D.S. James, L. Dormer // IEEE Trans., 1981, v. MTT-29. - N 12. -P. 1298-1310.

74. Whalen J.J. X-band burnout characteristics of GaAs MESFET's / J.J. Whalen, R.T. Kemerley, E. Rastefano // IEEE Trans., 1982, v. MTT-32. - N 12. - P. 22062211.

75. Эрвин Дж. К. Надежность GaAs ПТШ // В кн.: Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления: Пер. с англ. / Дж. К. Эрвин; Под ред. Д.В. Ди Лоренцо, Д.Д. Канделуола. М.: Радио и связь, 1988.-С. 181-214.

76. Kocot С. Backgating in GaAs MESFET's / С. Kocot, C.A. Stolte // IEEE Trans., 1982. v. ED-29. - N 7. - P. 1059-1064.

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

78. Бобрешов A.M. Управление по подложке как механизм обратимыхотказов GaAs ПТШ вследствие электроперегрузок / A.M. Бобрешов и др. // 11-я Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж, 2005. - т.1.- с. 548-555.

79. Бобрешов A.M. Метод и устройство испытаний стойкости полевых транзисторов к импульсным перегрузкам / A.M.Бобрешов, Г.К.Усков и др. // Радиолокация, навигация и связь: XII междунар. науч.-тех. конф., 18-20 апр.2006 г. -Б.м. 2006.-Т.2.- с. 1237-1243.

80. Бобрешов A.M. Исследование обратимых отказов GaAs ПТШ при импульсных перегрузках / A.M. Бобрешов, Г.К. Усков и др.// Известия ВУЗов. Электроника.-2006. -N5, -С.69-77.

81. Simons М. Transient radiation study of GaAs metal semiconductor field effect transistors implanted in Cr-doped and undoped substrates / M. Simons, E.E. King, W.T. Anderson, H.M. Day//J. Appl. Phys. Nov 1981. - P. 6630-6636.

82. Sze S.M. Physics of semiconductor devices. Second Edition / S.M. Sze // A Wiley-Interscience Publication, 1981.-P. 19-23.

83. Wunch D. Determination of threshold failure levels semiconductor diods and transistors due to pulse voltage / D. Wunch, R. Bell // IEEE Trans., 1968. -v. NS-15.-N.6. -P. 244-259.

84. Taska D.M. Pulse power failure modes in semiconductors / D.M. Taska // IEEE Trans., 1970. -v. NS-17. -P. 364-372.

85. Yee J.H. Failure and switching mechanisms in semiconductor / J.H. Yee, W.J. Orvis // IEEE Trans., 1983, v. MTT-15. - N. 12. - pp. 289-313.

86. Archipov V.I. Stationary and nonstationary spatial temperature distributions in semiconductors caused by pulse voltages / Archipov V.I., Astvatsaturyen E.R. e. a. // Int. J. Electronics, 1983. -v.55. -N.3. -P.395-403.

87. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х кн.; Пер. с англ. / С. Зи. -М.: Мир, 1984.-т.1.-456с.

88. Бобрешов A.M. Экспериментальное исследование обратимых отказов полевых транзисторов под воздействием импульсных электроперегрузок /

89. A.M. Бобрешов, A.B. Дыбой, 10.И. Китаев, Ю.Н. Нестеренко // 6-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии. С.-Петербург, 2005. - С. 206-210.

90. Берман JI.C. Емкостная спектроскопия глубоких уровней / Л.С. Берман, А.А. Лебедев. Л.: Наука, 1981. - 176с.

91. Anderson W.T. Reduction of long-term transient radiation response in ion implanted GaAs FETs / Anderson W.T., Simons M. e.a. // IEEE Trans., 1982. -v. NS-29. -N 6. -P.1533-1538.

92. Whalen J.J. Microwave nanosecond pulse burn-out properties of GaAs MESFET's / J.J. Whalen, M.C. Calacatera, M.L. Thorn // IEEE Trans., 1979. -v. MTT-27. -N 12.-P. 1026-1031.

93. Anderson W.T. GaAs FET high power pulse reliability / W.T. Anderson, Jr. A. Cristou, B.R. Wilkins //21 th Annual Proc. Reliability Physics, 1983. -P. 218-225.

94. Anderson W.T. High power pulse reliability of GaAs power FET's / W.T. Anderson, F.A. Buot, Jr. A. Cristou // 24 th Annual Proc. Reliability Physics, 1986. P.144-149.

95. Garver R.V. Single-pulse RF damage of GaAs FET amplifiers / R.V. Garver // 1988 MTT Symp. Digest. -P. 289-294.

96. Titinet G.C. Reliability of compound semiconductor microwave field-effectdevices: failure mechanisms and test methods / G.C. Titinet, E. Pollino, D.E. Riva // CSELT Technical reports, December 1989. V. 17. - N.6. - P.427-431.

97. Бобрешов A.M. Измерительный комплекс для исследования деградационных процессов под воздействием сверхкоротких видеоимпульсов / A.M. Бобрешов, Г.К. Усков, И.С. Коровченко // Энергия-21 век, -2006. -№3(61), -С.76-83.

98. Abramowitz М. andbook of Mathematical Functions / M. Abramowitz, I. A. Stegun. Ninth printing, Dover Publications. -P.773-792. -1972.

99. Schetzen M. A Theory of Non-linear System Identification / M. Schetzen // Int. Journal of Control, 1974. V.20. -No.4, P.577-592.

100. Billings S.A. Identification of Nonlinear Systems-A Survey / S.A. Billings // IEE Proc, Nov. 1980. -V.127, Pt. D. -No.6, P.272-285.

101. Cho Y.S. Estimation of Nonlinear Distortion Using Digital Higher-order Spectra and Volterra Series / Y.S. Cho, E.J. Powers // Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems, (ISCAS'92), 1992, San Diego, U.S.A. P.2781-2784.

102. Billings S.A. Spectral Analysis for Non-Linear Systems, Part I: Parametric Non-Linear Spectral Analysis / S.A. Billings, K.M. Tsang // Mechanical Systems and Signal Processing. N.3(4). - P. 319-339, 1989.

103. Korenberg M.J. Orthogonal Approaches to Time-series Analysis and System Identification / M.J. Korenberg, L.D. Paarmann // IEEE Signal Processing Magazine, July 1991. V.8. - N.3. - P. 29-43.

104. Itoh T. Stability of Performance and Interfacial Problems in GaAs MESFETs / T. Itoh, H. Yanai // IEEE Transactions on Electron Devices, 1980. -V.ED-27. № 6. - P. 1037 - 1045.

105. Бобрешов A.M. Моделирование деградационных процессов в полевом транзисторе под воздейстием импульсных помех большой амплитуды/ A.M. Бобрешов, Г.К. Усков и др. // Вестн. Воронеж, гос. ун-та. Сер. Физика, Математика, -2006, -№1, -С. 10-16.

106. Глебович Г.В. Переходные процессы и основы синтеза линейных радиосистем / Г.В. Глебович. Горьковский политехнический институт им. Жданова, 1968.-210 с.

107. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы / В.Л. Шило. М.: Советское радио, 1979 г. - 368 с.

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

109. Whalen J.J. X-band burnout characteristics of GaAs MESFET's / J.J. Whalen, R.T. Kemerley, E. Rastefano // IEEE Trans., 1982, v. MTT-32. - N 12. -P. 2206-2211.

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

111. Отраслевой стандарт РМ 11.332.517-83. М.: Базовый отдел стандартизации, 1983.-39с.

112. Рикетс Л.У. Электромагнитный импульс и методы защиты: Пер. с англ. / Л.У. Рикетс, Дж. Э. Бриджес, Дж. Майлетта. М.: Атомиздат, 1979. - 328 с.1. Акт

113. Об использовании результатов диссертационной работы Ускова Григория Константиновича «Нелинейные процессы в усилительных каскадах СВЧ под воздействием интенсивных импульсных помех».

114. Содержащиеся в работе научные и практические результаты были использованы в ОАО «Концерн «Созвездие» при разработке изделий по темам «Туф», «Панцирь» и «Янтарь».

115. Председатель комиссии начальник НТК-611. Члены комиссии:начальник отдела 3261. Гриднев А.А.1. Корольков М.А.начальника сектора 3262начальника сектора 32631. Фридланд О.Б.1. Малев А.С.