6.4. Диод с барьером Шотки

В диодах с барьером Шотки (ДБШ) используется контакт ме­талл-полупроводник, в котором работа выхода электронов из полупро­водника меньше работы выхода из металла. Разница в работах выхода приводит к созданию контактной разности потенциалов, уравновешива­ющей потоки электронов из полупроводника в металл и обратно.

В ДБШ отсутствует накопление неосновных носителей заряда, и это улучшает его быстродействие (время восстановления обрат­ного сопротивления ДБШ порядка 10^-9 с). Вольт-амперная характе­ристика ДБШ близка к вольт-амперной характеристике идеального p-n перехода:

(6.1)

поскольку параметр ~1,04 (у обычного p-n перехода ~(1.5 - 2.5)).

Это означает, что прямая ветвь вольт-амперной характеристи­ки ДБШ идет круче, чем у обычного диода. Уровень шумов ДБШ также оказывается ниже, чем в аналогичных по применению дио­дах с p-n переходом.

Применяются ДБШ в качестве детекторных и смесительных ди­одов вплоть до миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов.

Диоды с барьером Шотки могут быть также использованы для умножения и преобразования частоты вследствие нелинейной зависи­мости сопротивления и емкости перехода от напряжения. Особенно существенны их преимущества при преобразовании слабых сигналов.

6.5. Биполярные транзисторы свч

Частотные свойства биполярных транзисторов ( ) определя­ются временем задержки сигнала (t) от эмиттера до коллектора:

(6.1)

где – время заряда емкости эмиттерного перехода, – время пролета базы, – время заряда емкости коллекторного перехода, – время пролета коллектора. Уменьшение ширины базовой облас­ти до 0,1 мкм снижает время пролета базы до единиц пикосекунд, поэтому граничная частота в основном определяется оставшимися гремя слагаемыми, которые равны десяткам пикосекунд. Для их уменьшения требуется уменьшение емкости эмиттерного перехода, ширины коллекторного перехода и сопротивления коллекторной об­ласти. Однако эти требования противоречивы. Например, повыше­ние концентрации примеси, необходимое для уменьшения ширины коллекторного перехода, приводит к снижению напряжения его про­боя и росту его емкости, а уменьшение емкости за счет уменьшения площади перехода сопровождается падением мощности транзисто­ра. Более детальный анализ этих процессов показывает, что гранич­ная частота и напряжение пробоя связаны соотношением

(6.2)

однако на практике в силу различных конструктивных и технологи­ческих особенностей не удается добиться и этого. Реальная гранич­ная частота биполярных СВЧ транзисторов не превышает 20 ГГц.

Биполярные транзисторы находят применение в качестве малошумящих усилителей малой и средней (до 50 Вт) мощностей в низко­частотной области СВЧ диапазона (до 4-5 ГГц). На более высоких частотах они полностью вытеснены полевыми транзисторами.

6.6. Полевые транзисторы свч

Возросшая роль полевых транзисторов в СВЧ диапазоне по сравнению с биполярными транзисторами связана с разработкой полевых транзисторов с барьером Шотки на арсениде галлия n-типа. Высокая подвижность электронов в арсениде галлия, умень­шение длины затвора (до 1 мкм) и использование тонких (до 0,2 мкм) и высоколегированных эпитаксиальных пленок улучшили частот­ные свойства полевых транзисторов.

Для транзисторов с малой длиной канала максимальная частота f_max, на которой коэффициент усиления по мощности равен еди­нице, определяется минимально возможным временем пролета t_min

(6.2)

где – скорость электронов, L - длина канала. Поэтому GaAs, имеющий большее значение , чем кремний или германий, явля­ется предпочтительным материалом для изготовления полевых транзисторов.

Наибольшее применение полевые транзисторы на арсениде галлия с барьером Шотки нашли в малошумящих СВЧ усилите­лях. В диапазоне 4-20 ГГц они являются лучшими по шумовым и усилительным характеристикам, чем другие приборы того же на­значения. Большой динамический диапазон и хорошие шумовые характеристики позволяют использовать их в смесителях.