Улучшение энергетических параметров сверхкоротких импульсов, формируемых генераторами на основе диодов с накоплением заряда тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

005002076

СТЕПКИН Владислав Андреевич

УЛУЧШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ, ФОРМИРУЕМЫХ ГЕНЕРАТОРАМИ НА ОСНОВЕ ДИОДОВ С НАКОПЛЕНИЕМ ЗАРЯДА

Специальность 01.04.03 - «Радиофизика»

2 4 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Воронеж-2011

005002076

Работа выполнена в Воронежском государственном университете.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

^ профессор БОБРЕШОВ Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико - математических наук,

профессор БАЗАРСКИЙ Олег Владимирович

Защита состоится 15 декабря 2011 г. в 1520 на заседании диссертационного совета Д. 212.038.10 при Воронежском государственном университете по адресу:

394006, г. Воронеж, Университетская пл., 1, физический факультет, ауд. 428

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан «11» ноября 2011 г.

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ХРОМЫХ Евгений Алексеевич

Ведущая организация: Нижегородский государственный университет им.

Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород.

Ученый секретарь диссертационного совета

МАРШАКОВ В.К.

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Постоянное расширение области применения сверхкоротких импульсов (СКИ) предъявляет все большие требования к формирователям таких сигналов. Основными из них являются: уменьшение длительности, повышение частоты повторения и амплитуды импульсов. Эти требования обусловливают необходимость совершенствования методов генерации импульсных сигналов. В настоящее время формирователи СКИ в большинстве своем строятся на базе индуктивных накопителей энергии и полупроводниковых прерывателей тока. Из-за высокого быстродействия в качестве прерывателей тока зачастую используются различные виды диодов с накоплением заряда (ДНЗ).

Исследованию процессов протекающих в полупроводниковой структуре диодов с накоплением заряда в режиме генерации импульсов на сегодняшний день посвящено большое количество работ, в которых дана их физическая интерпретация, и предложены модели диодов, позволяющие проводить анализ схем умножителей частоты и генераторов высших гармоник. Однако остается нерешенной проблема, связанная с процессами, ограничивающими амплитуду и частоту повторения формируемых СКИ. Для улучшения основных характеристик генератора становится необходимым исследование и учет этих процессов. Таким образом, указанные обстоятельства подтверждают незавершенность существующих исследований в этой области.

При использовании сверхкоротких импульсных сигналов в реальных радиоэлектронных системах неизбежно возникают проблемы, связанные с электромагнитной совместимостью. Наиболее уязвимым узлом к воздействию таких помех является малошумящий усилитель (МШУ). Основу элементной базы МШУ составляют различные виды транзисторов СВЧ (ПТШ, НЕМТ, НВТ). Известно, что воздействие последовательностей СКИ на МШУ может вызывать как обратимые, так и необратимые сбои в их работе. На данный момент в литературе хорошо освещены физические явления в полупроводниковой структуре транзисторов, вызванные воздействием СКИ. Однако не существует единой методики отбора полупроводниковой элементной базы по критерию стойкости к воздействию такого рода сигналов. Такая методика позволит производить тестирование транзисторов непосредственно на этапе производства и выявлять наиболее стойкие к

воздействию СКИ, что снизит уязвимость радиоэлектронной аппаратуры при работе в условиях импульсных воздействий.

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

Целью работы является:

Исследование процессов в полупроводниковой структуре ДНЗ при генерации СКИ, разработка генераторов, позволяющих улучшить энергетические параметры формируемого импульсного сигнала, и разработка методики и автоматизированного измерительного стенда для тестирования полупроводниковой элементной базы по критерию стойкости к импульсным воздействиям.

Основные задачи:

исследовать переходные процессы в ДНЗ в режиме переключения для различных режимов работы диода;

разработать математическую модель ДНЗ, учитывающую процессы накопления и рассасывания неосновных носителей заряда в полупроводниковой структуре диода, а также методику определения параметров этой модели по экспериментальным данным;

исследовать методы генерации СКИ на основе накопления магнитной энергии;

• разработать схемотехнические решения, позволяющие улучшить энергетические параметры формируемых СКИ;

разработать методику экспериментальных исследований стойкости элементной базы при воздействии СКИ;

• разработать автоматизированный измерительный стенд для испытаний полупроводниковой элементной базы по критерию стойкости к воздействию СКИ.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы теории электрических цепей и сигналов, методы физики полупроводников, математического и компьютерного моделирования, физическое моделирование, численные методы расчета и анализа, математический аппарат дифференциальных уравнений, современные методики экспериментальных исследований.

Научная новизна.

1. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование диодов с накоплением заряда, в результате которого выявлены процессы в их полупроводниковой структуре, влияющие на процесс переключения. Показано, что накопление неосновных носителей заряда в легированных областях ДНЗ приводит к замедлению процесса переключения.

2. Разработана модель ДНЗ, учитывающая процессы накопления и рассасывания неосновных носителей в полупроводниковой структуре.

3. Предложен способ генерации СКИ с управляемыми амплитудой и длительностью формируемых импульсов.

4. Предложено схемотехническое решение генератора, в котором минимизированы паразитные переходные процессы, что позволило повысить амплитуду и частоту повторения импульсов.

5. На основе генераторов с изменяемыми параметрами формируемых СКИ, разработана методика автоматизированного тестирования полупроводниковой элементной базы при воздействии сверхкоротких импульсных помех.

Практическая ценность работы.

1. Выявлены процессы накопления «паразитного» заряда в легированных областях полупроводниковой структуры ДНЗ, ограничивающие амплитуду и частоту повторения генерируемых СКИ.

2. Предложена модель диода с накоплением заряда, учитывающая процессы накопления и рассасывания неосновных носителей заряда в полупроводниковой структуре, а также токи утечки заряда активной области.

3. Выявлены зависимости амплитуды и длительности формируемых СКИ от величины прямого тока протекающего через ДНЗ.

4. Предложено схемотехническое решение для генерации СКИ большой амплитуды и с высокой частотой повторения.

5. Предложена методика и автоматизированный измерительный стенд для отбора элементной базы по критерию стойкости к воздействию сверхкоротких импульсов.

Достоверность полученных в диссертации результатов определяется корректным применением математических методов, соответствием выводов известным фундаментальным теоретическим представлениям, соответствием результатов моделирования полученным экспериментальным данным.

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

1. Результаты теоретического и экспериментального исследования процессов в полупроводниковой структуре диода с накоплением заряда при генерации сверхкоротких импульсов и их физическая интерпретация.

2. Модель диода с накоплением заряда, учитывающая эффекты накопления неосновных носителей в активной и сильнолегированных областях полупроводниковой структуры прибора.

3. Схемотехническая реализация генератора, позволившая увеличить амплитуду и частоту повторения формируемых сверхкоротких импульсов.

4. Методика автоматизированного отбора полупроводниковой элементной базы по критериям стойкости к импульсным воздействиям.

Личный вклад автора определяется проведением теоретических и экспериментальных исследований, а так же анализом полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены в виде докладов и обсуждались на: XIV, XV, XVI, XVII Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2008, 2009, 2010, 2011 г., соответственно; 7, 8 Международных симпозиумах по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, г. Санкт-Петербург, 2007, 2009 г., соответственно; 10-й Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности: ЭМС-2008, г. Санкт-Петербург, 2008 г; V, VII Международных научно-технических конференциях «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Казань, г. Самара, 2007, 2008г., соответственно; 63, 65, Научных сессиях РНТОРЭС им. Попова, посвященных Дню радио, г.Москва, 2008, 2010 г., соответственно; 9 Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций», г. Казань, 2008 г; 18-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», г. Севастополь, 2008 г; 20th International Zurich Symposium "Electromagnetic Compatibility 2009", Zurich, 2009; Научных сессиях Воронежского государственного университета, г. Воронеж, 2008, 2009, 2010, 2011 г.

Внедрение научных результатов. Результаты диссертации использованы в научно-исследовательских работах, выполнявшихся на кафедре электроники

Воронежского государственного университета «Диффузия-К-ВГУ» (государственный контракт № 64019/36-06), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (государственный контракт № П1140 и № 14.740.11.1081), а так же в учебном процессе.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, работы [16, 18, 19] опубликованы в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикаций основных результатов диссертаций, остальные работы - в сборниках трудов конференций.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 100 наименований. Объём диссертации составляет 135 страниц, включая 48 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и её практическая значимость, проведён обзор литературы по теме диссертации, указаны цель работы и задачи, определена научная новизна и обоснована достоверность полученных результатов, приведены результаты, выносимые на защиту.

В первой главе диссертационной работы проведено теоретическое и экспериментальное исследование процессов в полупроводниковой структуре диодов с накоплением заряда, в результате которого выявлены особенности перехода диода из проводящего состояния в состояние с высоким обратным сопротивлением.

Диод с накоплением заряда в работе рассматривается на примере р-ьп структуры. Предполагается, что в диоде есть три области: сильнолегированные области р+ и п+ и тонкий слой собственного полупроводника между ними, который называют активной областью диода или 1-областью. В работе показано, что при протекании тока через диод в прямом направлении, помимо процессов накопления заряда в активной области, происходит утечка носителей этого заряда в легированные области, что приводит к накоплению в них «паразитного» заряда. Когда напряжение на диоде меняет знак, через него начинает протекать обратный ток, рассасывающий заряд активной области. Как только заряд активной области становится равным нулю, восстанавливается высокое обратное сопротивление диода. Однако из-за большей протяженности

о

_\

¿ГЦ]

1щЛ

Процесс р|ссасыаання «паразтюго» заряде

*

легированных областей к этому моменту паразитный заряд рассосаться не успевает. Происходит замедление процесса переключения, что наблюдается на переходных характеристиках диодов (рис.1).

Рис.1

Исследование показало, что эти процессы усиливаются с ростом прямого тока через диод. Рассасывание «паразитного» заряда

приводит к уменьшению амплитуды формируемого импульса и ограничению максимальной частоты повторения.

Во второй главе диссертационной работы проведен анализ моделей и методов моделирования диодов с накоплением заряда, а также предложена математическая модель, позволяющая учесть процессы, связанные с утечкой носителей заряда из активной в легированные области.

Для математического описания процессов в ДНЗ в настоящее время используются сильно упрощенные модели. Как правило, диод представляется в виде эквивалентной схемы, содержащей две емкости, большую (аналог диффузионной емкости диода в прямом направлении), малую (аналог барьерной емкости при обратном смещении) и идеальный переключатель, коммутирующий их. Такой подход применяется для моделирования схем умножителей частоты или генераторов гармоник высшего порядка в частотной области. Однако если в результате моделирования необходимо получить форму импульса, то анализ схем генераторов импульсов проводится во временной области. Применение таких упрощенных моделей становится невозможным из-за резкой нелинейности характеристики. Существуют модели диода, в которых учтено конечное время переключения. Однако и их реализации не учитывают эффектов накопления заряда, описанных выше.

Для более полного учета процессов накопления и рассасывания зарядов в полупроводниковой структуре прибора в работе предложена модель диода. Согласно этой модели, на стадии накопления для заряда в активной области диода дифференциальное уравнение записывается в следующем виде:

На этой стадии учитываются процессы накопления заряда активной области, его рекомбинации и утечки. Из теории полупроводниковых переходов Шоккли следует, что токи утечки пропорциональны квадрату заряда, накопленному в активной области. Таким образом, в модели предлагается следующая аппроксимация для прямого тока в стационарном режиме.

I ~a'Qin+ P'Qt

Для паразитного заряда дифференциальное уравнение имеет вид:

(iQ,u =/ _Qex, dt 1 тех,

Ток утечки способствует накоплению этого заряда. Второе слагаемое учитывает рекомбинацию этого заряда.

На стадии рассасывания заряда активной области обратное сопротивление диода аппроксимируется выражением: l/r = AQi„2. Тогда дифференциальное уравнение для заряда активной области примет вид:

dt ты

На стадии рассасывания паразитного заряда считается, что заряд в активной области равен нулю. Ток на этой стадии определяется эмпирическим выражением:

/ = BQa,Ud.

Предложенная модель реализована в пакете схемотехнического проектирования Ansoft Designer. А также разработана методика определения модельных параметров диодов с накоплением заряда по экспериментальным данным. В качестве примера, определены модельные параметры для диода 2А609Б. Результаты моделирования с хорошей точностью совпадают с экспериментальными.

В третьей главе диссертационной работы проведено теоретическое и экспериментальное исследование генераторов сверхкоротких импульсов. На основе модели ДНЗ была проанализирована схема генератора представленная на рис. 2 и получены новые эффекты. Как и в эксперименте при моделировании наблюдалось насыщение амплитуды формируемых импульсов. Кроме этого, были получены зависимости длительности импульсов от величины прямого тока. Оказалось, что существуют области значений токов, в которых при

неизменной длительности меняется амплитуда импульсов и, наоборот, при практически постоянной амплитуде меняется длительность.

Этот факт был проверен экспериментально. На рис. 3 изображены зависимости для генератора на основе ДНЗ 2А609А.

Действительно, в диапазоне

ч\ г-

а» 1„р,мА

Рис.2

значений тока примерно от 50мА до ЮОмА длительность импульсов остается практически постоянной, а амплитуда увеличивается с ростом тока. При значениях тока более 100 мА амплитуда остается неизменной, в тоже время длительность растет с ростом тока. Эти особенности можно использовать для перестройки амплитуд и длительностей СКИ изменением величины прямого тока через диод, что может применяться, например, в системах связи или радиолокации. Этот эффект наблюдается и

«]|-и——--

при использовании генераторов на основе * я ж г» ж 1,р,мА других типов ДНЗ. Рис.3

Для увеличения амплитуды и частоты следования формируемых СКИ в работе предложена другая схема, в которой накопление энергии магнитного поля в индуктивности происходит в течение всего цикла работы генератора (рис. 4).

УТ

—1Ь- -Г

У и

-О

Рис.4

Для работы схемы в режиме генерации необходимо выполнение условия Ь2/Ь1<У2/У1. В этом случае, при подаче на ключ положительного запускающего импульса через индуктивности Ь] и начинают протекать нарастающие во времени токи. В то же время диод 5ЛО оказывается смещенным в прямом направлении, и в его полупроводниковой структуре накапливается заряд. После размыкания ключа, ток индуктивности Ь2 приводит к перезарядке емкости ключа Ср. Когда ток этой индуктивности падает до нуля, начинается разряд емкости через индуктивность Ь2 и диод 8ИО, что приводит к рассасыванию накопленного в нем заряда. В момент резкого восстановления обратного сопротивления диода энергия, накопленная в индуктивностях, переходит в нагрузку И2, и на ней формируется сверхкороткий импульс напряжения. Для увеличения частоты следования СКИ необходимо минимизировать паразитный колебательный процесс в реактивных элементах схемы после генерации импульса. Условиями для отсутствия такого переходного процесса являются равенство нулю токов индуктивностей и равенство напряжений на емкости ключа и источника питания Г/. Практически генератор работает и при небольшом нарушении указанных условий. Быстрое восстановление исходного состояния генератора происходит вследствие диода Шоттки И и резистора Я\, который вносит потери в колебательную систему и обеспечивает быстрое апериодическое затухание переходного процесса.

Таким образом, минимизация времени переходных процессов после переключения диода в состояние с высоким обратным сопротивлением достигается выбором времени включения транзисторного ключа, напряжений питания и введением параллельно подключенных диода Шоттки и резистора в цепь накачки. По результатам моделирования максимальная частота повторения составила 60МГц при амплитуде 80 В и длительности ЗООпс на полувысоте, что соответствует результатам, полученным при практической реализации.

В четвертой главе диссертационной работы предложена методика автоматизированного отбора элементной базы по критерию стойкости к воздействию СКИ. Как показывают исследования, стойкость элементной базы к воздействию СКИ зависит от полупроводниковой структуры приборов и ее параметров. Суть методики заключается в измерении параметров обратимой деградации для различных режимов работы транзисторов и различных

параметров воздействия, и определению наиболее стойких образцов по заданному критерию.

Для реализации методики на основе генераторов с управляемыми параметрами был разработан автоматизированный измерительный стенд. Стенд также включает в себя измерительную установку и испытательный модуль, в качестве которого в данном случае использовался малошумящий усилитель (МШУ). Для испытаний стойкости элементной базы исследовались МШУ, разработанные на основе транзисторов различных типов (ПТШ, НЕМТ, НВТ) и разных типов корпусов. Автоматизация измерений реализована с использованием платформы N1 РХ1е-8106, для управления которой было разработано программное обеспечение на базе языка программирования

ЬаЬУ1е\у.

Эффект обратимой деградации заключается в следующем. При воздействии СКИ на МШУ, величина тока стока падает до определенного значения и затем после снятия этого воздействия восстанавливается до исходного. Однако восстановление не происходит мгновенно. Функциональные параметры устройства восстанавливаются в течение некоторого времени после прекращения воздействия. На рис. 5 приведены временные зависимости тока стока двух образцов транзисторов одного типа. Количественные различия в проявлении эффекта обратимой деградации могут быть объяснены различиями параметров полупроводниковой структуры приборов.

Разработанное программное обеспечение позволяет по экспериментальным данным рассчитывать основные параметры, характеризующие деградационные эффекты (например, коэффициент обратимой деградации и верхней границы динамического диапазона по обратимой деградации), которые могут быть использованы в качестве критериев для отбора элементной базы. Важной особенностью методики

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 ¡.С I, тЛ

0 1 1 3 4 5 6 7 8 9 ¡0 11 1.с

Рис.5

является то, что элементная база не подвергается воздействию, вызывающему необратимые изменения в ее полупроводниковой структуре.

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

1. В результате проведенного теоретического и экспериментального исследования диодов с накоплением заряда в режиме переключения выявлены процессы накопления неосновных носителей заряда в их полупроводниковой структуре. Показано, что благодаря наличию токов утечки происходит накопление паразитного заряда вне активной области ДНЗ, что может существенно замедлять процесс переключения.

2. Разработана модель диода с накоплением заряда, учитывающая основные нелинейные процессы в полупроводниковой структуре прибора в режиме переключения. Предложенная модель реализована в пакете схемотехнического проектирования Ansoft Designer.

3. Предложена методика определения модельных параметров диодов с накоплением заряда по экспериментальным данным. В качестве примера, определены модельные параметры для диода 2А609Б. Результаты моделирования с хорошей точностью совпадают с экспериментальными зависимостями.

4. Предложен способ генерации СКИ с возможностью перестройки амплитуды и длительности формируемых импульсов посредством изменения прямого тока через диод.

5. Для увеличения амплитуды и частоты повторения СКИ предложено схемотехническое решение, в котором накопление энергии магнитного поля в индуктивности происходит в течение всего цикла работы генератора. Минимизация времени переходных процессов после переключения диода в состояние с высоким обратным сопротивлением достигается выбором времени включения транзисторного ключа и напряжений питания.

6. Разработана методика тестирования полупроводниковой элементной базы в составе малошумящих усилителей по критерию стойкости к воздействиям СКИ. В качестве критериев отбора элементной базы могут выступать любые параметры транзистора, характеризующие отклонения в работе прибора под воздействием СКИ.

7. Разработан автоматизированный измерительный стенд, который может быть использован для тестирования приемной радиоаппаратуры

сверхвысокочастотного диапазона на основе полупроводниковой элементной базы на устойчивость к воздействию СКИ. Применение автоматизированного стенда позволяет повысить производительность измерительного процесса по сравнению с осциллографическими методами, а также увеличить объективность и точность полученных данных.

Список публикаций:

1. Бобрешов A.M. Реализация математической модели, позволяющей учесть эффект обратимой деградации GaAs ПТШ в системах схемотехнического проектирования [Текст]/ A.M. Бобрешов, В.А. Степкин [и др.] // Радиолокация, навигация, связь: XIII Междунар. науч.-техн. конф., г. Воронеж, 17-19 апр. 2007 г. — Воронеж, 2007 .— Т. 2. - С. 1500-1505 0,4 п.л.

2. Бобрешов A.M. Исследование помехозащищенности малошумящих усилителей на основе ПТШ к воздействию сверхкоротких видеоимпульсов /

A.M. Бобрешов, В.А. Степкин [и др.] // Сборник докладов 10-й Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности : ЭМС-2008. - 2008. -С. 307-311.

3. Бобрешов A.M. Динамический диапазон по блокированию усилителя на GaAs ПТШ при гармонических и импульсных помехах / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин [и др.] // 63 Научная сессия, посвященная Дню радио. - 2008. - С. 272274.

4. Бобрешов A.M. Исследование влияния партии подложки на параметры GaAs ПТШ при воздействии сверхкоротких видеоимпульсов / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин [и др.] // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии : 18-я Междунар. Крымская конф. - 2008. - т.2. - С. 672-673.

5. Бобрешов A.M. Экспериментальное исследование воздействия сверхкоротких видеоимпульсов на ПТШ, изготовленных на подложках из разных партий / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин [и др.] // Радиолокация, навигация, связь: XIV Междунар. науч.-техн. конф. - 2008. - т.2. - С. 14951501.

6. Бобрешов A.M. Электромагнитная совместимость малошумящих усилителей на ПТШ в присутствии сверхкоротких импульсных помех / A.M. Бобрешов,

B.А. Степкин [и др.] // Проблемы техники и технологий телекоммуникаций : 9 Междунар. науч.-техн. конф. - 2008. - С. 363-365.

7. Бобрешов A.M. Экспериментальное исследование воздействия гармонической помехи и субнаносекундных видеоимпульсов на МШУ / A.M.

Бобрешов, В.А. Степкин [и др.] // Радиолокация, навигация, связь : XV Междунар. науч.-техн. конф. - 2009. - С. 993-1001

8. Бобрешов A.M. Характеристики ЭМС МШУ при воздействии сверхкоротких видеоимпульсов / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин, И. С. Коровченко [и др.] // 8-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии : тр. симп. - 2009. - С. 320-323.

9. Bobreshov A.M. Substrate batch effect in GaAs MESFET under ultra-short pulses / A.M. Bobreshov, V.A. Stepkin [et al.] // Electromagnetic Compatibility, 2009 20th International Zurich Symposium on. - 2009. - P. 389-392.

10. Бобрешов A.M. Экспериментальное исследование обратимых отказов в МШУ при воздействии одиночных субнаносекундных видеоимпульсов различной длительности / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин, И.С. Коровченко, Г.К. Усков // Радиолокация, навигация, связь: XVI Междунар. науч.-техн. конф., г. Воронеж, 14-16 апр. 2010 г. — Воронеж, 2010 Т. 1. - С. 573-579 0,4 п.л.

11. Бобрешов A.M. Оценка геометрических размеров и формы тел по отраженному сверхширокополосному сигналу / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин, О.А. Поляков, Г.К. Усков // Радиолокация, навигация, связь : XVI Междунар. науч.-техн. конф., г. Воронеж, 14-16 апр. 2010 г. — Воронеж, 2010 .— Т. 3. - С. 1766-1772 0,4 п.л.

12. Бобрешов A.M. Моделирование процессов переключения диодов с накоплением заряда / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин [и др.] // 65 Научная сессия, посвященная Дню радио, 19-20 мая 2010 г., Москва : труды .— М., 2010 .— С. 271-273 .— 0,3 п.л. — Библиогр.: с

13.Бобрешов A.M. Влияние высоких пиковых мощностей СПШ-помехи на функционирование малошумящих GaAs ПТШ / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин, И.С. Коровченко, Ю.Н. Нестеренко, Г.К. Усков // Радиолокация, навигация, связь : XVII Междунар. науч.-техн. конф., г. Воронеж, 12-14 апр. 2011 г. — Воронеж, 2011 .— Т. 1. - С. 789-796 .— 0,5 п.л.

14. Бобрешов A.M. Определение параметров модели диода с накоплением заряда по экспериментальным данным / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин, Ю.И. Китаев, И.С. Коровченко, Г.К. Усков // Радиолокация, навигация, связь : XVII Междунар. науч.-техн. конф., г. Воронеж, 12-14 апр. 2011 г. — Воронеж, 2011 .— Т. 1. - С. 802-810 .— 0,6 п.л.

15. Бобрешов A.M. Оценка геометрических размеров тел с помощью зондирования сверхкороткими импульсами / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин, О.А.Поляков, Г.К. Усков // Радиолокация, навигация, связь : XVII Междунар.

науч.-техн. конф., г. Воронеж, 12-14 апр. 2011 г. — Воронеж, 2011 .— Т. 3. - С. 2201-2207 .— 0,4 п.л.

16.Бобрешов A.M. Воздействие сверхкоротких импульсных перегрузок на ПТШ, изготовленные на полуизолирующих подложках из разных партий / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин, И.С. Коровченко, Г.К. Усков // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Физика. Математика .— Воронеж, 2011 .— № 1. - С. 12- 16 .— ISSN 0234-5439 .— ISSN 1609-0705 .— 0,3 п.л.

17. Бобрешов A.M. Генератор сверхширокополосных импульсных сигналов субнаносекундной длительности с высокой частотой повторения / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин, Ю.И. Китаев, И.С. Коровченко, Г.К. Усков // 66 Научная сессия, посвященная Дню радио, 11-12 мая 2011 г., Москва : труды .— М., 2011 .— С. 340-342

18. Бобрешов A.M. Генерация сверхкоротких импульсных сигналов / A.M. Бобрешов, В,А. Степкин, Ю.И. Китаев, Г.К. Усков // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, том 14, №3, 2011 - С. 103-108

19. Бобрешов A.M. Автоматизированный измерительный стенд для оценки стойкости радиоэлектронной аппаратуры к воздействию сверхкоротких импульсных помех / A.M. Бобрешов, В.А. Степкин, A.B. Иванцов, И.С. Коровченко, Г.К. Усков // Радиотехника, №8, 2011 - С. 54-57

20. Бобрешов A.M. Электромагнитная совместимость малошумящего усилителя СВЧ диапазона при воздействии импульсных помех субнаносекундной длительности / А.М. Бобрешов, В.А. Степкин, И.С. Коровченко, Г.К. Усков // 9-й международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, труды симпозиума, 13-16 сентября Санкт-Петербург, 2011 г. - С. 342-345

Работы [16, 18, 19] опубликованы в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикаций основных результатов диссертаций.

Подписано в печать 9.11.11. Формат 60*84 '/|6. Усл. иеч. л. 0.93. Тираж 100 экз. Заказ 1388.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательско-полиграфичсского центра Воронежского государственного университета. 394000, Воронеж, ул. Пушкинская, 3

Список используемых сокращений.

Введение.

Глава 1. Исследование процессов в полупроводниковой структуре диода с накоплением заряда в режиме переключения.

1.1. Процессы накопления неосновных носителей заряда в полупроводниковой структуре диода.

1.2. Параметры диодов с накоплением заряда.-.

1.3. Процессы, протекающие в полупроводниковой структуре диода с накоплением заряда при генерации сверхкоротких импульсов.

1.4. Экспериментальное исследование переходных процессов в диодах с накоплением заряда в режиме переключения.

1.5. Методика измерения параметров ДНЗ.46

Выводы.

Глава 2. Моделирование диодов с накоплением заряда.

2.1. Анализ методов моделирования ДНЗ.

2.2. Математическая модель ДНЗ, учитывающая процессы рекомбинации^ и утечки носителей зарядов в сильнолегированные области полупроводниковой стуктуры.

2.3. Моделирование процессов в полупроводниковой структуре ДНЗ при помощи САПР.

2.4. Определение модельных параметров ДНЗ-по экспериментальным данным.

2.5. Определение модельных параметров диода с накоплением заряда 2А609Б.

Выводы.

Глава 3. Генераторы сверхкоротких импульсов с индуктивным накопителем энергии.

3.1. Схемы генерации СКИ. Процессы, ограничивающие амплитуду и частоту повторения генерируемых СКИ.

3.2. Генерация СКИ с длительным накоплением заряда.

3.3. Способ генерации СКИ с одновременной накачкой заряда ДНЗ и накоплением магнитной энергии.

Выводы.

Глава 4. Тестирование стойкости элементной базы к воздействию импульсных помех.

4.1. Обратимые отказы, возникающие при воздействии импульсной помехи на МШУ.

4.2. Методика автоматизированного тестирования полупроводниковой электронной элементной базы на стойкость к импульсным воздействиям.

4.3. Экспериментальное исследование стойкости полевых транзисторов с затвором Шоттки.

Выводы.

Диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процессов в полупроводниковой структуре диодов с накоплением заряда (ДНЗ) в режиме переключения [1-4], способов генерации сверхкоротких импульсов (СКИ) на основе их [5-10], а также развитию методики экспериментального тестирования полупроводниковой элементной базы малошумящих усилителей (МШУ) по критерию стойкости к воздействию СКИ [10-15].

Актуальность лгемы

Исследования, проводимые в данной работе, направлены на изучение нелинейных процессов накопления и рассасывания неосновных носителей в полупроводниковой структуре диодов с накоплением заряда (ДНЗ) при генерации сверхкоротких импульсов.

Постоянное расширение области применения сверхширокополосных сигналов, в том числе сверхкоротких импульсов [16-35], предъявляет все большие требования к формирователям таких сигналов. Основными-из них являются: уменьшение длительности^ СКИ; увеличение частоты повторения без снижения амплитуды импульсов, повышение КПД. Эти требования обусловливают необходимость совершенствования методов генерации. Известные в настоящее время генераторы СКИ [8-10,36-39] в большинстве своем строятся на базе индуктивных накопителей энергии и полупроводниковых прерывателей тока. В'связи с высоким быстродействием в качестве прерывателей- тока зачастую используются различные виды диодов с накоплением заряда (ДНЗ) [40-42]. В литературе они также известны как диоды с резким восстановлением обратного сопротивления [14]. Работа таких генераторов основана на использовании нелинейных эффектов накопления и рассасывания заряда в полупроводниковой структуре ДНЗ.

Исследованию процессов протекающих в полупроводниковой структуре диодов с накоплением заряда в режиме генерации импульсов на сегодняшний день посвящено большое количество публикаций [4,10,40-43]. Существуют публикации, в которых дается физическая интерпретация нелинейных эффектов в полупроводниковой структуре ДНЗ, работающих в импульсном режиме [44-46]. Достаточное количество работ посвящено созданию их моделей [47-51]. Однако в литературе не освещается проблема, связанная с накоплением «паразитного» заряда в полупроводниковой структуре прибора. Процесс накопления этого заряда зависит от режима работы ДНЗ и может существенным образом влиять на процесс восстановления обратного сопротивления, что в свою- очередь, определяет такие параметры формируемого генератором сигнала, как амплитуда, длительность и максимальная частота следования' импульсов. Эти параметры так же зависят и от способа формирования СКИ. Известно большое число схемотехнических решений генерации таких сигналов [4, 8-10, 17, 34-41]. На сегодняшний день максимальная частота повторения, которая достигается с использованием известных схем формирователей, составляет десятки килогерц.

Для улучшения основных характеристик генератора ■ становится необходимым учет «паразитных» эффектов в ДНЗ. Таким образом, указанные обстоятельства подтверждают незавершенность существующих исследований в этой области.

Наряду с радиолокацией и связью, СКИ успешно применяются и в системах подавления радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) [11-13,52,53]. Такие сигналы используются в качестве преднамеренных помех. Известно, что воздействие последовательностей СКИ на входные устройства приемников могут взывать сбои в их работе, которые, в зависимости от параметров воздействия, могут носить как обратимый, так и необратимый характер. 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 [54-63]. Наиболее уязвимым узлом к воздействию таких помех является малошумящий усилитель. Часто эти помехи напрямую действуют на МШУ, так как в целях повышения чувствительности радиоприемника защитные устройства и фильтры на его входе могут отсутствовать. В этом случае воздействие последовательности СКИ вызывает обратимые отказы, проявляющиеся в ухудшении функциональных параметров МШУ в межимпульсных промежутках, что приводит к снижению чувствительности приемника или его некорректной работе.

Основу элементной базы МШУ составляют различные виды транзисторов СВЧ (ПТШ, НЕМТ, НВТ). Работа МШУ в присутствии импульсных помех определяется- процессами, протекающими в полупроводниковой структуре транзистора. Условия, при1 которых могут возникать обратимые отказы, зависят от типа, топологии и материалов, из которых изготовлена элементная база [57,58,60,64,65]. На данный* момент в литературе хорошо освещены физические явления в полупроводниковой структуре, вызванные воздействием СКИ. Однако, не существует единой методики отбора полупроводниковой» элементной базы по - критерию стойкости к воздействию такого рода сигналов. При помощи такой-методики стало бы возможным производить тестирование транзисторов непосредственно на этапе производства и выявлять наиболее стойкие к воздействию СКИ, что позволит снизить уязвимость радиоэлектронной аппаратуры1 при работе в условиях импульсных воздействий.

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

Целью работы является:

1. Исследование процессов полупроводниковой накоплением заряда при-генерации СКИ. структуре диода с

2. Разработка модели ДНЗ, учитывающей эффекты накопления и рассасывания неосновных носителей в полупроводниковой» структуре прибора.

3. Разработка методов генерации СКИ, позволяющих улучшить характеристики формирователей и сигналов на их выходе.

4. Разработка методики и автоматизированной экспериментальной установки для тестирования полупроводниковой элементной базы по* критерию стойкости к импульсным воздействиям.

Основные задачи диссертации вытекают непосредственно из ее целей:

• исследовать переходные процессы в ДНЗ в режиме переключения-для различных режимов работы диода;

• разработать математическую модель ДНЗ, учитывающую нелинейные эффекты накопления и рассасывания неосновных носителей заряда в полупроводниковой» структуре диода, а также методику определения параметров этой модели по экспериментальным данным;

• исследовать методы генерации СКИ на основе накопления магнитной энергии;

• разработать схемотехнические- решения^ позволяющие увеличить энергетические параметры формируемых СКИ;

• разработать методику экспериментальных исследований стойкости элементной базы при воздействии СКИ;

• разработать автоматизированный измерительный стенд для проведения экспериментальных исследований по воздействию СКИ на полупроводниковую элементную базу.

Методы исследования;

В диссертационной работе использованы методы теории электрических цепей и сигналов, методы физики полупроводников, математического и компьютерного моделирования, физическое моделирование, численные методы расчета и анализа, математический аппарат дифференциальных уравнений, современные методики экспериментальных исследований.

Научная новизна:

1. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование диодов с накоплением: заряда, в результате которого выявлены процессы в их полупроводниковой структуре, влияющие на процесс переключения. Показано, что накопление неосновных носителей заряда в легированных областях ДНЗ приводит к замедлению процесса переключения. .

Т. Разработана модель ДНЗ, учитывающая процессы! накопления: и рассасыванияшеосновныхпносителей в;полупроводниковой" структуре.

3. Предложен способ? генерации СКИ с управляемыми; амплитудой ш длительностью формируемых импульсов.

4:. Предложено схемотехническое решение генератора, в котором минимизированы паразитные; переходные; процессы, что? позволило повысить амплитуду и частому повторения импульсов.

5. На основе генераторов с изменяемыми параметрами формируемых СКИ, разработана; методика автоматизированного тестирования полупроводниковой элементной базы при воздействии-' сверхкоротких импульсных помех.

Достоверность.

Достоверность результатов диссертации определяется корректным? применением математических методов,' соответствием выводов; известным фундаментальным: теоретическим представлениям, соответствием результатов моделирования; полученным экспериментальным данным.

Личный вклад.

Личный вклад состоит в разработке и проведении теоретических и экспериментальных исследований^ а так же анализом; полученных результатов.

Практическая ценность.

Выявлены процессы накопления «паразитного» заряда в легированных областях полупроводниковой структуры ДНЗ; ограничивающие амплитуду и частоту повторения генерируемых СКИ.

Разработана модель ДНЗ, учитывающая, процессы в полупроводниковой структуре диода; протекающие при' генерации» СКИ: накопление и рекомбинацию? неосновных носителей в активной! и сильнолегированных областях, диода, утечку носителей; из активной' , области. Предложена методика определения« модельных параметров* ДНЗ по экспериментальным' данным, в качестве которых используются временные зависимости тока через диод в режиме переключения.

Выявлены зависимости амплитуды и длительности! формируемых СКИ от.величины прямого тока протекающего через ДНЗ.

С учетом рассмотренных, процессов в ДНЗ" разработаны методы генерации СКИ, позволяющие повысить амплитуду и частоту повторения формируемых импульсов. Совмещение- цепей накачки диода и накопления магнитной энергии индуктивности позволило существенно повысить КПД генератора. •

Разработана методика автоматизированного тестирования полупроводниковой элементной базы,по критерию; стойкости к воздействиям СКИ. ■■

Результаты; диссертации могут: быть использованы при разработке генераторов СКИ и других устройств на базе ДНЗ:

Внедрение научных результатов.

Результаты диссертации использованы в научно-исследовательских работах, выполнявшихся на кафедре. электроники' Воронежского; государственного' университета «Диффузия-К-ВГУ» (государственный контракт № 64019/36-06), ФЦП «Научные; и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (государственный контракт № П1140 и № 14.740.11.1081), а так же в учебном процессе.

Состояние исследуемой проблемы.

Одной из основных целей импульсной радиоэлектроники является освоение " высоких уровней мощности источников- электромагнитного излучения [40]. Это достигается наращиванием энергии, передаваемой* импульсным генератором в соответствующую нагрузку. При фиксированной энергии' импульса повышение мощности возможно только, в случае сокращения, времени выделения энергии, то есть в случае уменьшения-длительности импульса:

Задачи, которые стимулировали создание импульсных- генераторов, носили как исследовательский, так и практический характер. Это рентгенография* быстропротекающих процессов, неразрушающая дефектоскопия, сверхширокополосная радиолокация и связь, экстремальные испытания стойкости традиционных радиоэлектронных систем и другое.

Основой субнаносекундных систем являются генераторы импульсов напряжения соответствующей длительности. Малые габариты- и потребляемая мощность делают такие устройства перспективными^ для достижения высоких пиковых плотностей мощности при относительно небольших затратах, однако пикосекундный диапазон длительностей имеет ряд специфических особенностей. Зачастую такие генераторы строятся на основе индуктивных накопителей энергии* и полупроводниковых размыкателей тока, в качестве которых широко используются различные виды диодов с накоплением заряда.

Работа диодов накоплением заряда в схемах генерации сверхкоротких импульсов, широко рассмотрена в литературе [1-4,37-49]. Диод с накоплением заряда в режиме переключения обычно рассматривают как упрощенную модель, состоящую из двух емкостей и переключателя [1,4,46]. Большая емкость представляет собой аналог диффузионной емкости диода и моделирует его работу на протяжении протекания через диод прямого тока. Вторая емкость - малой величины - это барьерная емкость р-п перехода. Такая идеализация далеко не полно отражает всю специфику работы этих приборов в схемах генерации СКИ.

Построение схем генераторов с возможностью учета всех процессов, протекающих в полупроводниковой структуре ДНЗ, позволит добиться максимальных амплитуд и частот повторения- формируемых СКИ. В настоящее время известны генераторы, формирующие импульсы длительностью порядка 0,5нс, амплитудой единицы-десятки вольт и максимальной частотой повторения сотни килогерц.

Сверхкороткие импульсные сигналы находят применение в широком • спектре приложений. Одним из примеров; где необходимо достижение максимальных параметром формируемых сигналов, может служить область радиоэлектронной борьбы и подавления. Известны работы, в которых приводятся исследования воздействия серий СКИ на полупроводниковую элементную базу. При небольшой средней мощности они могут приводить к так называемым обратимым отказам аппаратуры. Эти отказы выражаются во временном ухудшении функциональных параметров системы. Существуют экспериментальные установки, предназначенные для исследования этих процессов. Однако измерения могут занимать много времени. Процесс восстановления характеристик может длиться десятки минут и даже часов.

В' первой главе диссертационной работы исследовались процессы в полупроводниковой структуре диодов с накоплением заряда при работе в режиме переключения.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований процессов переключения ДНЗ выявлены эффекты- в полупроводниковой структуре прибора, влияющие на процесс переключения. Известные полупроводниковые структуры ДНЗ можно рассматривать на примере р-ьп структуры. Предполагается, что в диоде есть 3 области: сильнолегированные области р+ и п+ и тонкий слой собственного полупроводника между ними. Этот слой будем называть активной областью диода, или 1-областью. Когда через диод протекает прямой ток, полупроводниковые переходы оказываются смещены в прямом направлении, высота барьеров уменьшена. В это время из легированных областей инжектируются носители заряда в активную область. Если время, в течение которого протекает прямой ток больше: времени пролета носителей; через I-область, то в ней накапливается объемный заряд, представляющий собой электронно-дырочную плазму. Однако вследствие того, что потенциальные барьеры не являются полностью непроницаемыми, происходит утечка носителей заряда из активной области в легированные. Там накапливается так называемый паразитный« заряд. Когда напряжение на* диоде меняет знак, через него начинает протекать обратный;ток, рассасывающий заряд активной? области;- Как только заряд активной« области? полностью рассасывается;, обратное сопротивление диода восстанавливается. Однако из-за большей протяженности легированных областей к этому времени паразитный заряд рассосаться? не успевает. Происходит замедление процесса переключения; что наблюдается на; переходных • характеристиках диодов. Процесс рассасывания^ паразитного заряда- приводит к уменьшению амплитуды формируемого импульса и ограничению максимальной частотышовторения:

Во второй главе диссертационной: работы проведен анализ моделей: и методов моделирования! диодов с накоплением заряда, а также предложена математическая модель, позволяющая учесть процессы, связанные с утечкой носителей заряда из активной области в легированные.

Для математического' описания процессов* в ДНЗ в настоящее время используются сильно упрощенные модели. Как правило, диод представляется в виде эквивалентной^ схемы, содержащей две емкости, большую (аналог диффузионной емкости диода в прямом направлении)^ малую (аналог барьерной емкости при обратном смещении), й идеального переключателя-.

Такой подход применяется для моделирования схем умножителей частоты или генераторов гармоник высшего порядка в частотной области. Однако для анализа схем генераторов импульсов во временной области применение таких упрощенных моделей становится невозможным из-за резкой нелинейности характеристики. Кроме того, известные реализации моделей не учитывают эффектов накопления заряда, описанных выше.

Для более полного учета процессов накопления и рассасывания зарядов в полупроводниковой структуре прибора в работе предложена модель диода. Динамику зарядов в активной и легированных областях предложено описывать дифференциальными уравнениями. Основное отличие от существующих моделей заключается учете токов утечки носителей заряда активной области, вследствие наличия которых происходит накопление «паразитного» заряда в легированных областях ДНЗ.

Предложенная^ модель реализована в пакете схемотехнического проектирования Ansoft Designer. А также разработана методика определения модельных параметров диодов с накоплением заряда по экспериментальным данным. В качестве примера, определены модельные параметры для диода 2А609Б. Результаты моделированши с хорошей* точностью совпадают с I экспериментальными.

В третьей главе диссертационной работы проведено теоретическое и экспериментальное исследование генераторов сверхкоротких импульсов. На основе модели ДНЗ была проанализирована схема генератора с длительным накоплением энергии и получены новые эффекты. Как и в эксперименте при моделировании наблюдалось насыщение амплитуды формируемых импульсов. Кроме этого, были получены зависимости длительности импульсов от величины прямого тока. Оказалось, что существуют области значений токов, в которых при неизменной длительности меняется амплитуда импульсов и, наоборот, при практически постоянной амплитуде меняется длительность. Этот факт был проверен экспериментально.

Действительно, для генератора на основе ДНЗ 2А609А. в диапазоне значений тока примерно от 50мА до 100мА длительность импульсов остается практически постоянной, а. амплитуда увеличивается с ростом тока. При значениях тока более 100 мА амплитуда остается неизменной^ в тоже время длительность растет с ростом тока. Эти особенности можно использовать для перестройки амплитуд и длительностей СКИ изменением величины прямого тока через диод, что может применяться, например, в системах связи' или: радиолокации.

Однако такой способ' генерации имеет недостатки. Увеличение: амплитуды и частоты следования? возможно; с помощью) другой схемы, в. которой» накопление энергии магнитного поля в индуктивности происходит в течение всего цикла работы генератора:

Минимизация времени переходных процессов, после переключения-диода в состояние: с • высоким : обратным сопротивлением достигается выбором времени включения транзисторного1 ключа? и напряжений питания. По результатам моделирования максимальная частота^ повторения составила 60МГц при? амплитуде 80 В и: длительности^ ЗООпс. В практической-реализации удалось получить частоту повторения. ЗОМРц.

В четвертой главе диссертационной работы • предложена методика автоматизированного< неразрушающего отбора, элементной;базы:по критерию стойкости к воздействию СКИ. Известно, что воздействие серий! СКИ может приводить как к обратимым, так и необратимым отказам РЭУ. Как показывают исследования,, стойкость элементной' базы к воздействию СКИ зависит от полупроводниковой структуры приборов и ее параметров.

Для реализации этой методики на основе генераторов с управляемыми параметрами был разработан автоматизированный измерительный- стенд. Стенд включает в> себя- измерительную установку, генератор СКИ и испытательный модуль, в качестве которого в данном случае использовался малошумящий усилитель- (МШУ). Для испытаний стойкости элементной базы исследовались МШУ, разработанные на базе транзисторов различных типов (ПТШ, НЕМТ, НВТ) и разных типов корпусов. Автоматизация измерений осуществлялась при помощи измерительной установки National Instruments и программного обеспечения, разработанного на базе языка программирования LabView. При воздействии СКИ на МШУ, величина тока стока падает до определенного значения и затем после снятия этого воздействия восстанавливается до исходного. Однако восстановление не происходит мгновенно. Функциональные параметры^ устройства восстанавливаются в течение некоторого времени после прекращения воздействия. В этом и заключается эффект обратимой деградации. Разработанное программное обеспечение позволяет по экспериментальным-данным рассчитывать, основные параметры, характеризующие деградационные эффекты. Например, зависимости нормированной величины тока стока и времени восстановления- от амплитуды- импульсов» для нескольких образцов транзисторов одного типа. Эти зависимости имеют качественные и количественные отличия. Таким образом, в качестве критериев отбора может выступать одна из этих величин. В работе также предложены другие параметры, которые могут характеризовать стойкость транзисторов в составе МШУ. Важной особенностью методики является то, что элементная база не подвергается воздействию после которого возникают необратимые изменения в.ееТШ структуре.

В заключении- сформулированы основные выводы и результаты.

Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:

1. Результаты теоретического и экспериментального исследования процессов в полупроводниковой структуре диода с накоплением заряда, при генерации сверхкоротких импульсов и их физическая интерпретация.

2. Модель диода с накоплением заряда, учитывающая эффекты накопления неосновных носителей в активной и сильнолегированных областях полупроводниковой структуры.прибора.

3. Схемотехническая реализация генератора, позволившая увеличить амплитуду и частоту повторения-формируемых сверхкоротких импульсов.

4. Методика автоматизированного отбора полупроводниковой элементной базы по критериям стойкости к импульсным воздействиям.

Апробация работы.

Основные материалы диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

XIV, XV, XVI, XVII Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2008,* 2009, 2010, 2011 г., соответственно.

7,8 Международных симпозиумах по электромагнитной совместимости* и электромагнитной экологии, г. Санкт-Петербург, 2007, 2009 г., соответственно.

10-й Российской научно-технической конференциишо электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной- безопасности: ЭМС-2008, г. Санкт-Петербург, 2008 г.

V, VII Международных научно-технических конференциях «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Казань, г. Самара, 2007, 2008г., соответственно.

63', 65, Научных сессиях РНТОРЭС им. Попова, посвященных Дню радио, г.Москва, 2008,2010'г., соответственно.

9 Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и-технологий телекоммуникаций», г. Казань, 2008 г.

18-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», г. Севастополь, 2008 г.

20th International Zurich Symposium "Electromagnetic Compatibility 2009", Zurich, 2009.

Научных сессиях Воронежского государственного университета, г. Воронеж, 2008, 2009, 2010, 2011 г., соответственно.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 20 печатных работах [54-65,88,89,91-96]. Из них 3 работы [65,88,95] опубликованы в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикаций основных результатов диссертаций.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 100 наименований. Объём диссертации составляет 135 страниц, включая 48 иллюстраций.