Введение к работе
Актуальность проблемы. Полупроводниковые приборы находят все большее применение в радиоэлектронных СВЧ-устройствах повышенного уровня мощности. К ним предъявляют жесткие требования по усилению, коэффициенту полезного действия, неравномерности амплитудно-част, ной характеристики, нелинейным искажениям. Удовлетворить этим, часто противоречивым, требованиям невозможно без предварительного теоретического анализа и экспериментальных исследований свойств полупроводниковых элементов. Методы численного анализа, основанные на использовании ЭВМ, хорошо развиты для линейного режима работы полупроводниковых приборов. Однако в мощных устройствах! усилигелях, генератор:- \ ) активные элементы (диоды Ганна, лавйнно-пролетные диоды, биполярные транзисторы, полевые транзисторы с барьером Шотки ) работают в существенно нелинейном режиме. Ддя нелинейного режима, как правило, удается выполнить лишь оценочные расчеты, что приводит к необходимости значительной и чрезвычайно трудоемкой экспериментальной доработки устройств.
Трудности при проектировании устройств с полупроводниковыми элементами, работающими в нелинейном режиме, связаны с тем, что нелинейное поведение полупроводниковых приборов в большой степени определяется уровнем мощности входного сигнала, импедансом электродинамической системы, s которую помещен активный элемент, режимами, работы приборов по постоянному току, влиянием внешних воздействующих факторов.
Одним из основных типов полупроводниковых приборов, использующихся в радиоэлектронной аппаратуре СВЧ, является арсенидгаллиевый полевой транзистор с барьером Шотки (GaAs ПТІИ ), на основе которого создаются устройства повышенного уровня мощности, работающие на частотах.до 30 ГГц. Специфика . нелинейного режима работы GaAs ПТШ в настоящее время мало изучена.
Целью диссертационной работы являлось теоретическое и экспериментальное исследова:іие особенностей нелинейного поведения полевого транзистора с барьером Шотки среднего уровня мощности, работающего в усилительном режиме, в зависимости от параметров работы по постоянному току, значений импедан.-сов входной и выходной цепей согласования, уровня входной мощности, параметр ров воздействующего на него оптического сигнала.
Научная новизна. Установлено, что при любом фиксированном значении СВЧ-мощности, подаваемой на вход GaAs ПТШ, работающего в режиме усиления, минимуму продйтектированного транзистором тока соответствует максимум вы-ходной мощности и минимум нелинейных искажений.
Экспериментально установлена возможность существования субгармонических составляющих в спектре выходного сигнала СВЧ-усидктеля на GaAs ПТШ.
Определены интервалы значений входной мощности, режимов работы ПТШ по .
, постоянному току и параметров внешней СВЧ-схемы, при которых возникают и
существуют.субгармонические колебания. '_.-',
Экспериментально установлено, что в зависимости от значений напряжений на затворе и стоке транзистора возможно как увеличение, так и уменьшение коэффициента усиления СВЧ-усилителя под действием оптического излучения. Значение напряжения на затворе, при котором происходит смена знака изменения коэффициента усиления при освещении транзистора с отрицательного на положительный, смещается в сторону меньших отрицательных напряжений с ростом напряжения на стоке транзистора.
Теоретически и экспериментально исследованы особенности изменения
вольт-амперных характеристик GaAs ПТШ и спектра выходного.сигнала СВЧ-
усилителя на его основе при воздействии на транзистор оптического излучения в
широком диапазоне значений мощности входного СВЧ-сигнала. Установлено, что
при воздействии как входного СВЧ-сигнала, так и оптического излучения происхо
дит увеличение абсолютного значения наїфяжения отсечки транзистора, в то время
как ток стока насыщения ПТШ увеличивается с ростом мощности оптического из
лучения и уменьшается с ростом уровня мощности входного сигнала. Определены
режимы работы по постоянном}' току и значения уровней мощности СВЧ и оптиче-
.ского сигналов, при которых происходит максимальное усилелие или подавление
высших гармонических составляющих в спектре выходного сигнала усилителя под
действием оптического излучения. '
Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается строгостью используемой математической модели, корректностью упрощающих допущений, сходимостью вычислительных процессов к искомым решениям, соответствием результатов'расчета эксперименту. Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением современной стандартной измерительной аппаратуры, обработкой экспериментальных данных с помощью современных методов с использованием ЭВМ.
Практическая значимость работы. Результаты исследования детекторного эффекта в арсенидгаллиевом полевом транзисторе с барьером Шоткй использованы для тестирования ПТШ перед установкой их в схему с целью отбора транзисторов, имеющих идентичные СВЧ-характеристики, а также для оценки оптимально- ' сги настройки усилителя на ПТШ на максимум выходной мощности и минимум нелинейных искажений.
Определение условий возникновения субгармонических составляющихв, спектре выходного .сигнала усилителей на GaAs ПТШ может быть использовано для уточнения режимов их эксплуатации.
Теоретические и экспериментальные результаты, полученные при исследовании влияния оптического излучения на вольт-амперные характеристики, коэффициент усиления испекто выходного сигнала С. * усилителя на ПТШ, могут быть использованы при создании нового класса твердотельных приборов с оптическим управлением. В частности, показана возможность уменьшения нелинейных искажений в СВЧ-усилителе, работающем с разлитыми уровнями входной мощности, с помощью оптического сигнала.
Реализация результатов в народном хозяйстве. Диссертационные исследования выполнены в соответствии с программой фундаментальных исследований "Физика твердого тела" по проблеме "Неразрушающие физические методы контроля" ООФА АН СССР на 1991 - 1995 годы; грантом № 94-1-74 Госкомитета по высшем}' образованию по исследованиям в облзсти электроники и радиотехники.
Алробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на X Международной конферегащи по СВЧ K4IKON-9A в Польше в 1994 году, XI Международной конференции по СВЧ MIKON-96 в Польше в 1996 году, Всероссийской научно-технической конференции "Электропика и информатика" в Москве в 1995 году, на третьей Всероссийско" конференции с международным участием в Дивіїоморском в 1996 году, а также на объединенном научном семинаре кафедр электроники и волновых процессов, физики твердого тела и физики полупроводников Саратовского госуниверситета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе монографический обзор, 7 статей в научных журналах, научных сборниках и ; сборниках трудов по материалам докладов на конференциях, тезисы 3 докладов на республиканских конференциях^ авторское свидетельство на изобретение.
- Личный вклад автора выразился в участии-в теоретическом анализе нели-. вйного поведения CaAs ПТШ, проведении всего объема экспериментальных ра-Зот, участии в формулировании научньіх выводов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех лав, заключения и списка литературы. Работа выполнена на 96 страницах, содержит 36 рисунков и список литературы из.95 наименований.
