Мощный переключатель свч


 


Владельцы патента RU 2563533:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" (RU)

Изобретение относится к области создания полупроводниковых изделий, а именно к мощному переключателю СВЧ на основе соединения галлия, содержащему подложку, поверх которой размещена эпитаксиальная гетероструктура и барьер Шоттки. Технический результат заключается в уменьшении теплового сопротивления мощных переключателей, повышении уровня допустимой входной мощности, повышении скорости переключения, повышении надежности приборов, уровня радиационной стойкости и в снижении утечки тока затвора и уровня деградации. Для этого переключатель СВЧ изготовлен на нитриде галлия, где в качестве подложки использован сапфир. Затем последовательно размещены: буферный слой AlN, буферный слой из GaN, второй буферный слой из нелегированного нитрида галлия (i-тип), твердый раствор AlXGa1-XN, и в интерфейсе GaN/AlXGa1-XN гетероструктуры образован двумерный электронный газ высокой плотности, который служит нижней обкладкой конденсатора, поверх твердого раствора AlXGa1-XN размещен химически устойчивый сглаживающий слой из нитрида галлия, поверх которого нанесен диэлектрик, содержащий слой из двуокиси гафния. Поверх диэлектрика размещены металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку конденсатора, при этом переключатель содержит два конденсатора, образующие двойные ВЧ-ключи. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области создания полупроводниковых изделий и может быть использовано при создании нового поколения СВЧ элементной базы и интегральных схем на основе гетероструктур широкозонных полупроводников, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ электромагнитных колебаний. Развитие радиолокационной, связной и навигационной техники требует создание дискретных полупроводниковых приборов, в частности полупроводниковых переключателей. Высокоскоростные мощные переключающие элементы являются ключевыми компонентами радиолокационных модулей приемника/передатчика, беспроводной и воздушно-космической связи, мощных преобразователей, фазовращателей и т.д.

Среди переключателей наиболее широко применяются мощные СВЧ переключатели на диодах. Большинство переключательных СВЧ-диодов имеют p-i-n структуру, так как диоды с p-i-n структурой отличаются меньшей барьерной емкостью, которая к тому же очень слабо зависит от напряжения, и это препятствует возникновению дополнительных частотных искажений полезного сигнала.

Недостатком переключательных СВЧ диодов с p-i-n структурой является инерционность процесса рассасывания носителей зарядов из i-слоя при переключении диода с прямого направления на обратное, так как толщина слоя может составлять несколько десятков микрометров, а скорость движения носителей заряда ограничена.

Значительно большую скорость переключения можно получить при использовании диодов Шоттки, изготовленных на арсениде галлия. Однако уровень переключаемой СВЧ мощности при этом на несколько порядков ниже, чем при применении переключательных СВЧ диодов с p-i-n структурой.

Известен переключатель СВЧ, содержащий соединение трех линий передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна линия передачи предназначена для входа СВЧ-сигнала, две другие - для выхода, каждая из двух линий передачи на выходе снабжена по крайней мере одним электронным ключом, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шоттки, при этом их стоки соединены с линиями передачи на выходе, истоки - с линией передачи на входе, а на затворы подают постоянное управляющее напряжение (см. Патент РФ №2072593, опубл. 27.01.1997).

Недостатками известного устройства являются низкая надежность, обусловленная прямыми потерями СВЧ-сигнала.

Кроме того, из уровня техники известен переключатель СВЧ, который включает полевой транзистор на арсенидных гетеропереходах AlGaAs/GaAs с подложкой из GaAs (патент США №5214275, опубл. 25.05.1993).

Недостатком известного устройства является также низкая надежность, обусловленная низкой подвижностью ДЭГ и небольшой плотностью тока.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в уменьшении теплового сопротивления мощных переключателей, повышении уровня допустимой входной мощности, повышении скорости переключения, повышении надежности приборов, уровня радиационной стойкости и в снижении утечки тока затвора и уровня деградации.

Технический результат обеспечивается тем, что мощный переключатель СВЧ на основе соединения галлия, содержащий подложку, поверх которой размещена эпитаксиальная гетероструктура и барьер Шоттки. Переключатель СВЧ изготовлен на нитриде галлия, где в качестве подложки использован сапфир. Затем последовательно размещены буферный слой A1N, буферный слой из GaN, второй буферный слой из нелегированного нитрида галлия (i-тип), твердый раствор AlXGa1-XN, и в интерфейсе GaN/AlXGa1-XN гетероструктуры образован двумерный электронный газ высокой плотности, который служит нижней обкладкой конденсатора, поверх твердого раствора AlXGa1-XN размещен химически устойчивый сглаживающий слой из нитрида галлия, поверх которого нанесен диэлектрик, содержащий слой из двуокиси гафния. Поверх диэлектрика размещены металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку конденсатора, при этом переключатель содержит два конденсатора, образующие двойные ВЧ-ключи.

В соответствии с частным случаем выполнения диэлектрик содержит дополнительный слой из оксида алюминия

Сущность настоящего изобретения поясняется иллюстрацией, на которой изображено настоящее устройство.

На фиг.1 отображены следующие конструктивные элементы:

1 - подложка из слоя сапфира;

2 - буферный слой из A1N;

3- буферный слой из GaN;

4 - слой из GaN i типа;

5- слой твердого раствора AlXGa1-XN;

6 - нижная обкладка конденсатора, образованная ДЭГ в интерфейсе AlGaN/GaN;

7 - сглаживающий слой из нитрида галлия;

8 - диэлектрик, включающий слой из HfO2;

9 - металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку конденсатора.

Настоящее устройство производят следующим образом. На подложке из сапфира 1 толщиной 150-200 мкм последовательно размещены буферный слой нитрида алюминия 2 толщиной 0,7 нм, эпитаксиальная структура на основе широкозонных III-нитридов в виде слоев 3-6, состоящих из второго буферного слоя 3 из GaN толщиной 200 нм, нелегированного слоя 4 из GaN i-типа толщиной 200 нм, слоя твердого раствора AlXGa1-XN 5 толщиной 4,5 нм, а в интерфейсе AlXGa1-XN/GaN гетероструктуры с двумерным электронным газом высокой плотности образована нижняя обкладка 6 конденсатора. Поверх твердого раствора 5 AlXGa1-XN последовательно размещены сглаживающий слой нитрида галлия 7 толщиной 3-8 нм, слой двуокиси гафния 8 в качестве диэлектрика и слой металлического электрода 9 полосковой формы, который образует верхнюю обкладку конденсатора. При изготовлении сверхмощных переключателей в качестве диэлектрика 8 используются слой из двуокиси гафния, поверх которого размещается дополнительный слой оксида алюминия (при необходимости повышения прочности слоя диэлектрика). Двуокись гафния является представителем наиболее перспективных диэлектрических материалов для ДГМОП переключателей в качестве пассивирующего слоя и подзатворного диэлектрика. Этот материал обладает высокими диэлектрической проницаемостью (К=20-25) и шириной запрещенной зоны Eg=5,8 эВ, а также термодинамически стабилен в диапазоне рабочих температур рассматриваемых устройств. Кроме того, двуокись гафния, как диэлектрический материал для устройств емкостно соединенных контактами с изолированным затвором, имеет высокую диэлектрическую проницаемость и пригоден для более низких пороговых напряжений и более сильной емкостной связи, высокую электрическую прочность диэлектрика для более высоких пробивных напряжений и низкую плотность состояния границы раздела.

При необходимости повышения электрической прочности диэлектрика 8, поверх слоя 8 размещается слой оксида алюминия. Использование слоев из двуокиси гафния 8 и оксида алюминия позволяет минимизировать утечки тока и увеличить значение напряжения пробоя.

Слой из AlGaN 5 предназначен для образования в гетеропереходе AlGaN/GaN, в его приповерхностном слое проводящего канала (двумерного электронного газа (ДЭГ) с высокой подвижностью носителей заряда), возникающего за счет разрыва зон и поляризационных эффектов при образовании гетероперехода AlGaN/GaN. Основным требованием к этому слою является структурное совершенство, достаточное для обеспечения высокой подвижности электронов и высокого сопротивления. Поэтому канальный слой не легируется, а в ряде случаев используются специальные приемы для обеспечения необходимого сопротивления. Между буферным слоем из нитрида алюминия 2 и буферным слоем из нитрида галлия 4 i-типа располагается переходная область в виде второго буферного слоя из нитрида галлия 3, которая служит для уменьшения рассогласования параметров решетки и растущих на ней эпитаксиальных слоев. Между слоем твердого раствора AlXGa1-XN 5 (канал) и диэлектрическим слоем 8 HfO2 размещен дополнительный слой из химически более стабильного, по сравнению с AlGaN материалом 5, слой 7 из нитрида галлия (сглаживающий слой). В процессе изготовления экспериментальных образцов переключателей в гетероструктуре кристалла переключателя вместо буферного слоя нитрида галлия 3 был опробован дополнительный буферный слой в виде короткопериодной сверхрешетки AlGaN/GaN, что позволило существенно снизить плотность ростовых дефектов и улучшить электрическую изоляцию между каналом переключателя и подложкой.

Таким образом, в данном изобретении предлагается конструкция переключателя, которая позволяет использовать емкостно соединенные контакты. Два соединенных "спина к спине" конденсатора (ДГМОП) образуют двойные ВЧ-ключи, тем самым устраняя потребность в омических контактах, где процесс металлизации обходится без отжигов контактов. Состав конструкции с емкостно двойными соединенными контактами входит МОП транзистор с гетероструктурой AlGaN/GaN в качестве полупроводника. Приведенная конструкция переключателя сочетает преимущества структуры МОП (очень низкий ток утечки затвора) и AlGaN-GaN гетероперехода (канал ДЭГ высокой плотности с высокой подвижностью). Это приводит к очень низкому поверхностному сопротивлению канала, ниже 300 Ω/квадрат и рекордно высоким токам насыщения, свыше 1 А/мм, а мощность переключения превышает 60 Вт/мм. Использование слоя HfO2 как диэлектрика затвора обеспечивает поверхностную пассивацию и имеет более низкие токи утечки.

Низкое сопротивление в открытом состоянии возникает в результате чрезвычайно высокой плотности носителей в канале - сверх 1013 см-2, высокой подвижности электронов до 2500 см2/В·с, высоких полей пробоя и широкого диапазона рабочих температур в пределах от криогенного до 300оС или даже выше. Конструкция переключателя обеспечивает повышенную радиационную стойкость и пониженную деградацию.

Предлагаемое устройство может быть использовано для мощных переключателей, ограничителей мощности, фазовращателей аттенюаторов и других мощных ВЧ-устройств.

1. Мощный переключатель СВЧ на основе соединения галлия, содержащий подложку, поверх которой размещена эпитаксиальная гетероструктура и барьер Шоттки, отличающийся тем, что переключатель СВЧ изготовлен на нитриде галлия, где в качестве подложки использован сапфир, затем последовательно размещены буферный слой AlN, буферный слой из GaN, второй буферный слой из нелегированного нитрида галлия (i-тип), твердый раствор AlXGa1-XN, и в интерфейсе GaN/AlXGa1-XN гетероструктуры образован двумерный электронный газ высокой плотности, который служит нижней обкладкой конденсатора, поверх твердого раствора AlXGa1-XN размещен химически устойчивый сглаживающий слой из нитрида галлия, поверх которого нанесен диэлектрик, содержащий слой из двуокиси гафния, поверх диэлектрика размещены металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку конденсатора, при этом переключатель содержит два конденсатора, образующие двойные ВЧ-ключи.

2. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что диэлектрик содержит дополнительный слой из оксида алюминия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре. Технический результат заключается в обеспечении возможности оперативного монтажа и демонтажа волноводов с различной геометрией фланцев в условиях ограниченного доступа.

Изобретение относится к микрополосковому двухполосному полосно-пропускающему фильтру, предназначенному для частотной селекции сигналов на двух несущих частотах и используемому в технике сверхвысоких частот в селективных трактах приемных и передающих систем.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к волноводной и антенной технике, и может быть использовано в качестве устройства в длинных магистральных волноводных линиях связи.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к аттенюаторам СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - снижение прямых потерь СВЧ и расширение функциональных возможностей за счет увеличения количества уровней затухания.

Изобретение относится к устройству беспроводной связи. Технический результат состоит в уменьшении энергопотребления, уменьшении количества составных частей и улучшении производительности при приеме сигнала, что достигается отсутствием модуля переключения антенны.

Изобретение относится к волноводным аттенюаторам и может быть использовано в волноводной, антенной и СВЧ измерительной технике. Технический результат - уменьшение массы поглощающего сопротивления при работе в низкочастотных диапазонах и обеспечение оптимального согласования входа и выхода аттенюатора.

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано, в частности, для поглощения электромагнитной волны на выходе СВЧ-волноводного тракта.

Изобретение относится к технике СВЧ и может использоваться при испытаниях ферритовых циркуляторов. Технический результат - расширение функциональных возможностей путем оценки роста прямых потерь ферритовых приборов при высоких уровнях мощности.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Достигаемый технический результат - расширение полосы рабочих частот и улучшение селективных свойств.

Изобретение относится к радиоэлектронике и измерительной технике и может быть использовано для заданного ослабления СВЧ сигнала большой мощности в широкой полосе рабочих частот.

Использование: для настройки трехплечевого ферритового циркулятора с согласующим трансформатором. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют подачу измерительного сигнала в каждое плечо трехплечевого ферритового циркулятора, измерение электромагнитных характеристик каждого плеча, определение плеча трехплечевого ферритового циркулятора, электромагнитные характеристики которого не соответствуют заданным значениям, и доведение электромагнитных характеристик этого плеча до заданных значений изменением конфигурации электромагнитного поля в трехплечевом ферритовом циркуляторе, при этом изменение конфигурации электромагнитного поля в трехплечевом ферритовом циркуляторе осуществляют постепенным заполнением области плеча трехплечевого ферритового циркулятора, электромагнитные характеристики которого не соответствуют заданным значениям, диэлектрической пастой, содержащей 50-60 мас.% кремнийорганического герметика и 40-50 мас.% двуокиси титана TiO2, при этом количество вводимой диэлектрической пасты увеличивают до тех пор, пока электромагнитные характеристики плеча трехплечевого ферритового циркулятора не достигнут заданного значения, и затем введенную диэлектрическую пасту высушивают. Технический результат: обеспечение возможности сокращения времени настройки трехплечевого ферритового циркулятора с согласующим трансформатором. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полосно-пропускающим перестраиваемым фильтрам СВЧ. Технический результат заключается в расширении полосы пропускания частот и снижении коэффициента стоячей волны напряжения при сохранении низких потерь СВЧ в полосе пропускания частот полосно-пропускающего перестраиваемого фильтра. Технический результат достигается за счет полосно-пропускающего перестраиваемого фильтра СВЧ, который содержит две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа СВЧ-сигнала, другая - для выхода, по меньшей мере одно резонансное звено с полевым транзистором с барьером Шотки, отрезок линии передачи, при этом затвор полевого транзистора с барьером Шотки соединен с источником постоянного управляющего напряжения, при этом в каждое резонансное звено дополнительно введены два элемента, каждый на двух связанных линиях передачи, и индуктивность. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и связи и может быть использовано для одновременной работы двух радиопередатчиков на одну общую антенну. Частотно-разделительное устройство содержит широкополосное мостовое устройство и цепь компенсации потерь для возврата части энергии сигналов, поступающих на балластный выход мостового устройства, источникам питания радиопередатчиков. Техническим результатом является обеспечение независимой работы двух радиопередатчиков на общую антенну без ограничения рабочего диапазона каждого из радиопередатчиков. 2 ил.

Свч-модуль // 2566328
Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР). Технический результат изобретения заключается в повышении удобства монтажа СВЧ-модуля за счет обеспечения простоты и удобства установки печатной платы в корпус при одновременном сохранении высоких радиотехнических характеристик СВЧ-модуля вследствие установки печатной платы с минимально допустимым зазором. СВЧ-модуль содержит корпус и расположенную в нем радиоэлектронную ячейку, содержащую печатную плату с радиоэлектронными элементами. В печатной плате с одной из сторон, предназначенных для соединения полосковых линий с центральными проводниками герметичных СВЧ-переходов, выполнены первые вырезы в количестве, равном количеству центральных проводников, имеющие форму и размеры, позволяющие разместить в них центральные проводники герметичных СВЧ-переходов с зазором, и второй вырез, имеющий форму и размеры, позволяющие обеспечить размещение центральных проводников герметичных СВЧ-переходов в упомянутых первых вырезах. Расстояния между продольными осями центральных проводников герметичных СВЧ-переходов и продольными осями первых вырезов одинаковы. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к элементам волноводного тракта. Техническим результатом заявленного прямоугольного волновода с одинарным уголковым изгибом является упрощение конструкции при расширении его технических возможностей. Для этого прямоугольный волновод с одинарным уголковым изгибом содержит отрезок входного прямоугольного волновода (1), отрезок выходного прямоугольного волновода (2) и согласующую неоднородность (3). Причем согласующая неоднородность выполнена в виде призмы, расположенной за пределами отрезков входного и выходного прямоугольных волноводов, одно ребро призмы совпадает с ребром, образованным внутренними стенками отрезков входного и выходного прямоугольных волноводов, а две грани призмы, сопряженные с данным ребром, совпадают с внутренними стенками отрезков входного и выходного прямоугольных волноводов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к аттенюатору СВЧ. Технический результат состоит в снижении прямых потерь СВЧ и расширение функциональных возможностей аттенюатора СВЧ. Для этого в аттенюатор СВЧ, содержащий три резистора, три полевых транзистора с барьером Шотки, два отрезка линии передачи длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, превышающим волновое сопротивление линий передачи на входе и выходе аттенюатора, один источник постоянного управляющего напряжения, а также линии передачи на входе и выходе аттенюатора СВЧ, дополнительно введены четвертый резистор, четвертый полевой транзистор с барьером Шотки и второй источник постоянного управляющего напряжения. 3 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности микроволновой интерферометрии. Приемо-передающее устройство для фазометрических систем миллиметрового диапазона длин волн содержит генератор непрерывного зондирующего излучения, гетеродин, два смесителя, передающую и приемную антенны и волноводный тракт. Волноводный тракт выполнен в виде трех диэлектрических волноводов: волновода, соединяющего генератор и передающую антенну, волновода, соединяющего приемную антенну и вход одного смесителя, волновода, расположенного между упомянутыми волноводами, имеющего криволинейную форму и соединяющего гетеродин с другим смесителем. При этом смесители выполнены по схеме с одним входом и соединены через квадратурный фазовый детектор с блоком цифровой обработки. Технический результат заключается в упрощении конструкции приемо-передающего устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для изготовления Y-сочленения в виде системы переплетенных плоских проводников при производстве циркуляторов на сосредоточенных элементах метрового и дециметрового диапазонов длин волн с высоким уровнем рабочей мощности. Способ изготовления Y-сочленения в виде системы переплетенных плоских проводников для циркуляторов на сосредоточенных элементах содержит операции механической установки плоских проводников с их последующим переплетением. При этом плоские проводники равной длины размещают параллельно друг другу на боковой поверхности воображаемого цилиндра с фиксированием их концов на окружностях первого и второго оснований воображаемого цилиндра, а переплетение проводят поворотом оснований цилиндра относительно друг друга вокруг оси воображаемого цилиндра на расчетный угол (менее 180°) при одновременном сближении. Технический результат заключается в упрощении способа изготовления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к развязывающим устройствам метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн, и может быть использовано в качестве функционального узла в приемо-передающих трактах радиотехнических систем для построения невзаимных синфазных делителей (сумматоров) мощности, а также как согласующе-развязывающее устройство. Многофункциональное ферритовое развязывающее устройство на сосредоточенных элементах с Y-сочленением в виде системы из шести плоских проводников (по два в каждом плече), переплетенных и изолированных между собой, одними концами соединенных между собой и корпусом, а другими - с согласующими емкостями. При этом в плече с плоскими проводниками, ширина которых одинакова и увеличена относительно проводников в двух других плечах, соответствующие концы проводников, находящиеся рядом, соединены с отдельными согласующими емкостями, величина которых одинакова. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах для регулировки уровня проходящей мощности СВЧ. Заявленный переменный аттенюатор содержит полосковый проводник, соединенный с входным и выходным коаксиальными разъемами и установленный между двумя металлическими основаниями, и подвижные поглотители. Полосковый проводник выполнен П-образной формы с одинаковой шириной и уменьшающейся толщиной от его средней части к его концам. Два подвижных поглотителя в виде плоских пластин прямоугольной формы с одинаковой толщиной из поглощающего материала, например, ферроэпоксида или феррита закреплены на металлических основаниях с возможностью плавного перемещения вдоль полоскового проводника. Техническим результатом является увеличение вносимого ослабления переменного аттенюатора и уменьшение коэффициента стоячей волны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх