GaAs alapú Schottky varaktorok mikrohullámú frekvenciahangolásra H O R V Á T H ZSOLT*, D R . G Y Ú R Ó I M R E * , N É M E T H T I B O R N É * , S Z E N T P Á L I BÉLA*, K A Z I KÁROLY*, FOGT ÁKOS*, DOBOS LÁSZLÓ*, K O L U M B Á N G É Z Á N É * * , T Ü T T Ö P É T E R * * M T A Műszaki Fizikai K u t a t ó Intézete **Távközlési K u t a t ó I n t é z e t
ÖSSZEFOGLALÁS A m e g v a l ó s í t o t t h a n g o l ó varaktor fejlesztés fő lépései az epitaxiális a k t í v réteg optimalizálásának kidolgozása, a megfelelő eszközkonstrukció k i v á l a s z t á s a , a t o k o z á s optimalizálása és az epitaxiális technika fejlesztése volt. A hangoló varaktorok mért m i k r o h u l l á m ú soros indukti v i t á s értékei a 0,7—0,9 n H t a r t o m á n y b a estek, m í g a soros ellenállás értéke típustól és az előfeszültségtől füg g ő e n 0,6—4,4 ohm k ö z ö t t volt. A felforrasztási ellenállás kisebb, mint 0,1 ohm. Az e r e d m é n y e k azt m u t a t j á k , hogy a soros ellenállás erősen befolyásolja a mikro h u l l á m ú oszcillátorok k i m e n ő t e l j e s í t m é n y é t .
1. Bevezetés M i n t m á r h í r t a d t u n k róla, az M T A M ű s z a k i Fizikai K u t a t ó Intézetében különböző típusú m i k r o h u l l á m ú GaAs a l a p ú h a n g o l ó v a r a k t o r o k k e r ü l t e k kifejlesztésre [ 1 , 2, 3, 4 ] . Jelen dolgozat r ö v i d e n összefoglalja a fejlesztés fő lépéseit és e r e d m é n y e i t , elemzi a soros ellenállás m é r é s i lehe t ő s é g e i t és a m i k r o h u l l á m ú i m p e d a n c i a m é r é s e k k e l kapcsolatos p r o b l é m á k a t , m ó d s z e r t javasol a fel f o r r a s z t á s m i n ő s í t é s é r e , ismerteti a T á v k ö z l é s i K u t a t ó Intézetben megvalósított mikrohullámú i m p e d a n c i a m é r é s t és a k a p o t t jellemző soros ellen állás és i n d u k t i v i t á s é r t é k e k e t , v a l a m i n t kísérleti e r e d m é n y e k k e l s z e m l é l t e t i a soros ellenállás h a t á sát a mikrohullámú kimenő teljesítményre. 2. H a n g o l ó varaktor fejlesztés A z M T A M ű s z a k i F i z i k a i K u t a t ó I n t é z e t é b e n meg v a l ó s u l t h a n g o l ó v a r a k t o r fejlesztés a k o r á b b a n k i dolgozott GaAs—CrAu S c h o t t k y k e v e r ő - és detek t o r d i ó d a t e c h n o l ó g i á n alapult [ 5 ] . A fejlesztés a f i z i k a i alapok t i s z t á z á s á v a l , az eszköz m ű k ö d é s é n e k elemzésével k e z d ő d ö t t (~2, 3, 6]. Világossá v á l t , hogy ugyanaz a k o n k r é t C — V karakterisztika k ü l ö n b ö z ő v a s t a g s á g ú és a d a l é k o l t s á g ú a k t í v e p i t a x i á l i s r é t e g e k segítségével is meg v a l ó s í t h a t ó . Ez l e h e t ő v é tette az a k t í v r é t e g vesz teségi soros e l l e n á l l á s á n a k m i n i m a l i z á l á s á t az a k t í v r é t e g o p t i m á l i s v a s t a g s á g á n a k és a d a l é k o l á s á n a k kiválasztásával. A varaktor soros ellenállása, mely a k i nem ü r í t e t t a k t í v r é t e g , a h o r d o z ó és a t o k o z á s ellen á l l á s á b ó l t e v ő d i k össze, felelős az e s z k ö z ö n k i v á l ó m i k r o h u l l á m ú veszteségért, ós i l y m ó d o n meg h a t á r o z z a a v a r a k t o r jósági t é n y e z ő j é t (Q) és lev á g á s i f r e k v e n c i á j á t . í g y a soros ellenállás csök k e n t é s e a v a r a k t o r f e j l e s z t é s legfontosabb i r á n y a . B e é r k e z e t t : 1986. V I . 12. (H)
Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
1987.12.
szám
HORVÁTH ZSOLT a Kijevi Műszaki Egyete men szerzett villamosmér nöki oklevelet 1973-ban. Azóta az MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézetben dolgozik. 1983-ig szilí cium alapú rétegszerkeze
tek kutatásával ill. az ezeken felépülő eszközök fejlesztésével foglalkozott. 1983. óta a GaAs alapú kutatásban és a mikro hullámú eszközök fejlesz tésében vesz részt.
A z is világossá v á l t az elemzés s o r á n , h o g y az a k t í v r é t e g soros e l l e n á l l á s á n a k c s ö k k e n t é s é t a GaAs letörési térerősség é r t é k e k o r l á t o z z a , vagyis a soros ellenállás t o v á b b i c s ö k k e n t é s é n e k egyik lehe t ő s é g e a GaAs letörési t é r e r ő s s é g é n e k n ö v e l é s e . M i v e l az a k t í v r é t e g fenti o p t i m a l i z á l á s a s z ü k ségessé teszi a GaAs—CrAu k o n t a k t u s p o t e n c i á l k ü l ö n b s é g és a GaAs letörési térerősség i s m e r e t é t , a fejlesztés k ö v e t k e z ő lépése ezen é r t é k e k k í s é r l e t i m e g h a t á r o z á s a v o l t az a d a l é k k o n c e n t r á c i ó f ü g g v é n y é b e n [2, 3, 7, 8]. A k e v e r ő - és d e t e k t o r d i ó d a t e c h n o l ó g i á b a n alkalmazott p l a n á r szerkezetek ( l a . á b r a ) e s e t é b e n azonban a k a p o t t letörési t é r e r ő s s é g é r t é k e k az é l h a t á s m i a t t j ó v a l alacsonyabbak v o l t a k az elméleti é r t é k e k n é l . Az élek elektromos e r ő t é r t o r z í t ó h a t á s a vagy diffúziós v é d ő g y ű r ű v a g y m e z a m a r á s segítségével k ü s z ö b ö l h e t ő k i ( l b . és c. á b r a ) . M i a m e z a t e c h n o l ó g i á t v á l a s z t o t t u k , és azt t a l á l t u k , hogy i l y m ó d o n az a k t í v r é t e g soros ellen állása a letörési térerősség n ö v e k e d é s e k ö v e t k e z t é ben h a r m a d á r a - n e g y e d ó r e c s ö k k e n t h e t ő [2, 3 ] . M i n t l á t t u k , a soros ellenállás egyik ö s s z e t e v ő j e a h o r d o z ó ellenállása. M i v e l a s z k i n h a t á s k ö v e t k e z t é ben a m i k r o h u l l á m ú á r a m az eszköz f e l ü l e t é n
DR. GYURO
IMRE
Egyetemi tanulmányait a Budapesti Műszaki Egye tem Villamosmérnöki Ka ránfolytatta az Elektroni kai Technológia Szakon. 1978-ban végzett, diplo mamunka témája a GaAs gőzfázisú epitaxiális nö-
vesztése volt. Egyetem után az MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézetében kez dett dolgozni. Tevékeny ségi köre szintén a G a A s gőzfázisú epitaxiális nö vesztése ( Qunn-Schottkydiódák kissorozatú gyár tására szolgáló rétegszer kezetek növesztése, tech nológia fejlesztése, új esz közök (MESFET, varaktor) rétegszerkezeteinek ki dolgozása), ítészt vett a szovjet—magyar közös űrrepülés során (1970. máj. 26—jún. 3.) végre hajtott Eötvös-pro gram kidolgozásában, megvaló sításában. Tagja volt a repülésirányító központba kiküldött magyar szakér tői delegációnak .1986-ban a 1 > M K-n egyetemi dok tori fokozatot szerzett.
543
NÉMETH
TIBORNÉ
1958-ban szerzett vegyész diplomát a debreceni Kossuth Lajos Tudo mányegyetemen. Műkö dését az MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézet félvezető csoportjánál kezdte. Részt vett a Gealapú tranzisztorok tech-
DR. BÉLA
SZENTPÁLI
1967-ben végzett az ELTE fizikus szakán, azóta az
nológiájának kifejleszté sében és ugyanakkor a félvezető felületi kémia, oxid-szerkezetek vizsgála tában. Jelentős feladato kat vállalt az I n S b — NiSb-otZopw magnetorezisztorok kifejlesztésében Az Si technológiájának magyarországi fejlesztésé be már a kezdeti idő szakban bekapcsolódott, ahol az Si felületi viselke dése termikus és kémiai úton leválasztott szilíciumdioxid réteg kialakítása, valamint az MNOS, GGD eszközök kifejleszté se képezte vizsgálatainak tárgyát. 1980-tól atA/// B. anyagok kémiai-tech nológiájával foglalkozik. A G a A s alapú eszközök Gunn-, Schottky-diódák, MESFET és más réteg szerkezetek technológiai kísérleteivel foglalkozik. MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézetében dolgo zik. Kezdetben hetero-, majd homoepitaxiális ré tegek minősítő módszerei nek kidolgozásával foglal kozott, e témakörből nyert kandidátusi fokozatot 1980-ban. 1976-ban az ő vezetésével kezdődtek meg a GaAs alapú mikro hullámú Schottky dióda előállítását célzó munkák. Jelenleg a kifejlesztett dió dák kissorozatúgyártását irányítja, további eszközfejlsztésekben vesz részt (MESFET, monolit mikrohullámú IG) és al kalmazástechnikai kérdé sekkel foglalkozik.
f o l y i k ( 1 . á b r a ) , a meza szerkezet a h o r d o z ó ellen á l l á s á n a k c s ö k k e n t é s é t is l e h e t ő v é teszi egy u t ó l a g ifelpárologtatott b o r í t ó f é m r é t e g segítségével ( l d . és 2. á b r a ) [ 9 ] . A z í g y e l é r t ellenálláscsökkenés Ibatását az 5. p o n t b a n s z e m l é l t e t j ü k . A t o k o z á s i ellenállás c s ö k k e n t é s e céljából meg vizsgáltuk a szálazás h a t á s á t (átmérő, szálvezetés, t ö b b p á r h u z a m o s szál) a m i k r o h u l l á m ú karak t e r i s z t i k á k r a , és ennek megfelelően o p t i m a l i z á l t u k % kiszerelést. A soros ellenállás t o v á b b i c s ö k k e n t é s e v é g e t t v i z s g á l a t o k a t v é g e z t ü n k és v é g z ü n k annak t i s z t á z á s á r a , hogy m i l y e n m é r t é k b e n n ö v e l h e t ő a letörési t é r e r ő s s é g és a m o z g é k o n y s á g az a k t í v r é t e g b e n a h i b a s ű r ű s é g c s ö k k e n t é s é v e l [7, 10]. A h a n g o l ó v a r a k t o r fejlesztés m e g k ö v e t e l t e az e p i t a x i á l i s t e c h n i k a fejlesztését is. E n n e k fő oka az v o l t , hogy az egyes C — V k a r a k t e r i s z t i k á k meg v a l ó s í t á s á h o z szükséges b o n y o l u l t a d a l é k p r o f i l o k n ö v e s z t é s e az a d a l é k o s kézi vezérlése m i a t t n e h é z s é g e k b e ü t k ö z ö t t [2, 3, 11].
•
}
\ 6
[TJ--^-—1
7
JJ-
í 1
^
i
+ 8
1. ábra. K ü l ö n b ö z ő Schottky varaktor szerkezetek: a. planár, b. védőgyűrűs planár, c. meza d. meza borító fémezéssel. J e l ö l é s e k : 1. Schottky kontaktus, 2. szigetelő réteg 3. n t í p u s ú a k t í v epitaxiális réteg, 4. a m i k r o h u l l á m ú áram v á z l a t o s nyomvonala, 5. n hordozó, 6. ohmikus kontaktus, 7. p v ó d ő g y ű r ű , 8. u t ó l a g o s borító fémezés +
+
M i n t láttuk, a varaktorfejlesztés kulcskérdése a soros ellenállás c s ö k k e n t é s e , a m i a soros ellenállás
m i n é l pontosabb m é r é s é t teszi szükségessé. Ez a l á t s z ó l a g e g y s z e r ű feladat azonban k o m o l y nehéz ségekbe ü t k ö z i k , k ü l ö n ö s e n kis ellenállás é r t é k e l i esetén. A varaktorok nyitó irányú I — V karakterisztiká j á n a k meredekségéből kiértékelhető egyenáramú soros ellenállás é r t é k e l t é r a m i k r o h u l l á m ú soros ellenállástól. E n n e k oka r é s z b e n az, hogy n y i t ó i r á n y ú m é r é s e s e t é n e g y r é s z t elektronok i n j e k t á l ó d nak a h o r d o z ó b ó l az a k t í v r é t e g b e , m á s r é s z t pedig az a k t í v r é t e g effektív v a s t a g s á g a nagyobb ( m ű k ö dés k ö z b e n csak a k i nem ü r í t e t t r é t e g b e n keletkez nek s z á m o t t e v ő veszteségek), r é s z b e n pedig az, hogy a s z k i n h a t á s k ö v e t k e z t é b e n a d i ó d a ellen állása n ö v e k v ő f r e k v e n c i á v a l n ő . Í g y az egyen á r a m ú m é r é s csak d u r v a m i n ő s í t é s r e alkalmas,
544
Híradástechnika
3. Soros ellenállás m é r é s e k
XXXVIII.
évfolyam,
1987.12.
szám
Műszáki Fősikolán a Gyengeáramú Kar Alkat részgyártó Ágazatán fél vezető technológia szakon. Diplomamunkája Si sze letek H injekciós bőrdiffúziójával foglalkozott. Azóta az MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézeté ben dolgozik. Mikrohul lámú GaAs eszközök ki szerelésével és tokozásával foglalkozik. Részt vesz a GaAs alapú MESFETek hazai fejlesztésében, elsősorban a tokozási problémák megoldásában. 2
FOGT ÁKOS 1977-ben végzett a Kandó Kálmán Villamosipari
d i ó d á n átfolyó á r a m erősségét az RÍ ellenállás állítja be. B2 a Di d i ó d a soros e l l e n á l l á s á n a k nagyobb részét, R3 a h o r d o z ó é s a t o k ellenállásá nak egy részét és a í e l í o r r a s z t á s ellenállását fog lalja m a g á b a n . M i v e l R4-en á t nem f o l y i k á r a m , az U feszültség i?3-mal a r á n y o s . A m i d i ó d á i n k ese t é b e n ÍÜ3 á l t a l á b a n 0,1 o h m alatt v a n .
2. ábra. A borító lemezes gyakorlati meg valósítása (A kalap külső átmérője kb. 33 /»»•)
3
4. M i k r o h u l l á m ú i m p e d a n c i a m é r é s e k
3. ábra. A íelíorrasztás javasolt minősítési módja
m e g b í z h a t ó e r e d m é n y e k csak m i k r o h u l l á m ú m é r é sekből n y e r h e t ő k . A m i k r o h u l l á m ú soros ellenállás é r t é k e k a m i k r o h u l l á m ú i m p e d a n c i a m é r é s e k bő] értékelhetők k i . A soros ellenállás m é r t é k é r e a m i k r o h u l l á m ú oszcillátorok k i m e n ő t e l j e s í t m é n y é r e k i f e j t e t t ha t á s á b ó l is k ö v e t k e z t e t h e t ü n k , u i . nagyobb soros ellenállás e s e t é n a nagyobb v e s z t e s é g e k k ö v e t k e z tében csökken a kimenő teljesítmény. A soros ellenállás ö s s z e t e v ő i n e k m é r é s ú t j á n t ö r t é n ő s z ó t v á l a s z t á s a m e g l e h e t ő s e n n e h é z fel adat. M i a 3. á b r á n egy impulzus ü z e m ű m ó d s z e r t javasohink a felforrasztási ellenállás m i n ő s í t é s é r e [9]. A m é r é s k é t s z o m s z é d o s d i ó d a segítségével t ö r t é n i k , melyek t á v o l s á g a k b . 30 [2, 3 ] . A Dl KAZI
::s 'i,; "* ti
Híradástechnika
XXXVIII.
KÁROLY
Egyetemi tanulmányait a BME Villamosmérnöki Kar Híradástechnikát Szak Mikrohullámú Ága zatán 1980-ban fejezte be. Azóta az MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézetben mikrohullámú aktív esz közök kutatásfejlesztésén belül elsősorban a Gunndiódák minősítési és alkalmazástechnikai kérdé seivel foglalkozik.
évfolyam,
V a r a k t o r o k e s e t é b e n a m i k r o h u l l á m ú impedancia mérésnek alapvetően két céljavan: a mikrohullámú soros ellenállás és a m i k r o h u l l á m ú soros i n d u k t i v i tás meghatározása. Az általában katalógusadat k é n t megadott —4 V előfeszültségre v o n a t k o z ó 50 MHz-es jósági t é n y e z ő t t ö b b n y i r e az 1 M H z - e n m é r t k a p a c i t á s é r t é k b ő i és a 10 G H z k ö r n y é k é n m é r t soros ellenállásból s z á m í t j á k k i . A m i k r o h u l l á m ú soros i n d u k t i v i t á s a felső frekvencia h a t á r t befolyásolja. A m i k r o h u l l á m ú i m p e d a n c i a m é r é s e k k e l i l l . azok k i é r t é k e l é s é v e l kapcsolatban a k ö v e t k e z ő p r o b l é m á k m e r ü l n e k f e l : 1. A d i ó d a m é r e t e i ö s s z e v e t h e t ő e k a h u l l á m h o s s z a l , í g y m i n d a referenciasík k i választása kérdéses, mind a helyettesítő á r a m k ö r ö k bonyolultak. 2. A h e l y e t t e s í t ő á r a m k ö r elemeiről nem m o n d h a t ó e g y é r t e l m ű e n meg, hogy a diódához vagy a mérőáramkörhöz (hullám v e z e t ő , üreg) tartoznak-e, í g y a k a p o t t para m é t e r e k csak az a d o t t m é r é s i ö s s z e á l l í t á s b a n é r v é n y e s e k . 3. R e z o n a n c i a m ó d s z e r e k a l k a l m a z á s a e s e t é n az ellenállás és i n d u k t i v i t á s frekvencia függése k o r l á t o z o t t a n v i z s g á l h a t ó . 4. K i s ellen állású d i ó d á k csak kis h u l l á m i m p e d a n c i a e s e t é n v i z s g á l h a t ó k . (50 ohmos vonal e s e t é n az 1 o h m k ö r ü l i soros ellenállás m á r a m é r é s i h i b a t a r t o -
1987.12.
szám
DOBOS
LÁSZLÓ
1975-ben villamos üzem mérnöki diplomát szerzett
a Kandó Kálmán Villa mosipari Műszaki Fő iskola Gyengeáramú Ka rán. Egyetemi tanulmá nyait a BME Villamos mérnöki Kar Híradás technikai Szak Műsor közlő Ágazatán 1983-ban fejezte be levelező tagoza ton. 1975 óta dolgozik az MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézetében, ahol mikrohullámú berendezé sek fejlesztésével és kivi telezésével, valamint pász tázó elektronmikroszkópos vizsgálatokkal foglalkozik.
545
KOLUMBÁN QÉZÁNÉ 1976-ban végzett Villamosmérnöki
Híradástechnika tagoza tának mikrohullámú adástechnika ágazatán. Első munkahelye a Fi nommechanikai Vállalat volt, ahol mikrohullámú passzív áramkörökkel foglalkozott. Több FMKT szakdolgozattal helyezést ért el, és megkapta a „Kiváló Ifjú Szakember" kitüntetést. 1981 óta a Távközlési Kutató Inté zetben dolgozik, ahol kü lönböző tápvonaltlpusban realizált (csőtápvonal, koax, fin-line, mikrosztrip) szűrőkkel és egyéb mikrohullámú passzív áramkörökkel foglalkozik.
a BME Kara
m á n y b a esik.) 5. A p a r a z i t a k a p a c i t á s o k okozta t r a n s z f o r m á c i ó k lényeges h i b á t okozhatnak a soros ellenállás k i é r t é k e l é s é n é l [9, 12]. A Távközlési K u t a t ó Intézetben megvalósított mikrohullámú impedanciamérés esetében a t á p v o n a l h u l l á m e l l e n á l l á s á t 12,5 ohmra r e d u k á l t u k [9]. A m é r é s e k e t egy H P h á l ó z a t a n a l i z á t o r segít ségével v é g e z t ü k . A soros ellenállást és i n d u k t i v i t á s t a soros r e z o n a n c i á h o z t a r t o z ó reflexiós t é n y e z ő és rezonanciafrekvencia é r t é k e k b ő l h a t á r o z t u k meg a 4. á b r á n l á t h a t ó h e l y e t t e s í t ő k é p a l a p j á n . A soros i n d u k t i v i t á s é r t é k e a 0,7—0,9 n H t a r t o m á n y b a esett és nem f ü g g ö t t sem a v e z é r l ő feszültségtől sem a v a r a k t o r t í p u s á t ó l (a d i ó d á k azonos m ó d o n lettek kiszerelve). A soros ellenállás (B,) vezérlő feszültség (V) függését h á r o m k ü l ö n b ö z ő t í p u s ú [ 4 ] v a r a k t o r e s e t é b e n az 1. t á b l á z a t s z e m l é l t e t i . A t á b l á z a t b a n a soros rezonanciafrekvencia (f ) é s az a d o t t vezérlő feszültséghez t a r t o z ó k a p a c i t á s é r t é kek (C =Cj+Cp) is fel v a n n a k t ü n t e t v e . A n ö v e k v ő feszültséghez t a r t o z ó n ö v e k v ő k i ü r ü l é s i m é l y ség m i n d a k a p a c i t á s , m i n d a soros ellenállás c s ö k k e n é s é t e r e d m é n y e z i . Nagyobb k a p a c i t á s á t fogás (szélesebb a k t í v r é t e g és kisebb a d a l é k k o n c e n t r á c i ó [2,3,6]) e s e t é n t e r m é s z e t e s e n nagyobb a soros ellenállás is. A soros ellenállás nagyobb előfeszültségeknél t a p a s z t a l h a t ó s z ó r á s a r é s z b e n a s z ó r t k a p a c i t á s o k okozta t r a n s z f o r m á c i ó k h a t á s á nak n ö v e k e d é s é v e l , r é s z b e n pedig azzal m a g y a r á z r
T
IH240-51 5. ábra. Mikrohullámú frekvenciafeszültség és k i m e n ő t e l j e s í t m é n y feszültség karakterisztikák különböző g y á r t m á n y ú varaktorok e s e t é b e n az üreg á t h a n g o l á s a nélkül. J e l ö l é s e k : 1. Frequency Sources DC51306—30, 2. Microwave Associates M A 46601G, 3. Tesla V B V 6 4 6 , 4. T Á K I 1SV452C2, 5. M T A M F K I C B A 3 1 2 5 G , 6. M T A M F K I C B B 3 1 3 5 E
h a t ó , hogy c s ö k k e n ő ellenállással c s ö k k e n a m é r é s megbízhatósága. 5. A soros ellenállás h a t á s a a m i k r o h u l l á m ú teljesítményre A z 5. á b r a — mely k é t á l t a l u n k e l ő á l l í t o t t v a r a k t o r frekvencia-feszültség (/— V) és k i m e n ő t e l j e s í t m é n y - f e s z ü l t s é g (P—V) k a r a k t e r i s z t i k á j á t hason-
ü
tó
.-Hl -1
>
• o
H2£0-£ 4. ábra. A z alkalmazott m i k r o h u l l á m ú h e l y e t t e s í t ő kapcsolás
546
TÜTTŐ PÉTER 1971benvégzett az ELTE'TTK fizikus szakán, azóta az MTA MFKI-ban dolgo-
Híradástechnika
XXXVUI.
zik. Az eltelt időszakban főbb kutatási területei a szilícium alapú félvezetőszigetelő határfelület-kö zeli tartományok generá ciós-rekombinációs jelen ségeinek, az MNOS struk túrák kettős dielektrikum rétegeiben lejátszódó fizi kaifolyamatoknak a vizs gálata és méréstechnikái nak fejlesztése. Ezenkívül közreműködött a magnetorezisztor, a GOD és az MNOS típusú áramkörök fejlesztésében. Jelenleg vegyületfélvezetőkkel •— többek között félvezető lé zerek méréstechnikai prob lémáival —foglalkozik.
év folyam,
1987.12.
szám
1. táblázat
Az MTA MFKI-ban előállított három különböző típusú hangoló varaktor kapacitásának mikrohullámú soros rezonancia frekvenciájának és soros ellenállásának vezérlő feszültség függése Típus
V,
—2
2,30 3,85 1,1
1,25 5,2 1,0
0,95 5,95 0,8
—8
—10
0,80 6,9 0,6
0,78 7,0 0,6
0,76
0,75 7,1 0,7
pF
2,58
1,70
1,9
4,2
lls,
ohm
3,5
1,9
1,35 4,9 1,4
1,02 5,6 1,5
0,80 6,0 1,45
0,63 7,5 1,1
0,58 8,0 0,7
CT,
pF GHz ohm
3,45 3,2 4,4
2,0 4,0 3,0
1,42 4,9 2,8
0,9 5,9 2,7
0,63 7,8 1,4
0,58 8,8 1,1
0,57 9,0 1,4
T
f, «„ r
f, GHz
P, mH
10.6
100
75
10.5 1
-
10.4
^ /
1
—
2
50
3
25
10.3 i
10.1
—6
GHz
s
10.2
—4
C, /,,
r
CBC3136B
—1
ll ,
r
f,
CBB3135n
0
pF GHz ohm
C' ,
CBA3125G
V
/ 0
íz
f p 15
10
0
A 6. á b r á n ugyanazon szeletből k é s z ü l t k ü l ö n b ö z ő á t m é r ő j ű v a r a k t o r o k / — V ós P—V karak t e r i s z t i k á i t s z e m l é l t e t j ü k (1—95 fim, 2—80 fj,m, 3—64 jum). A 2 jelű eszköz azonos az 1. t á b l á z a t ban szereplő CBB3135D t í p u s ú v a r a k t o r r a l . A m é r é s e k e t — az előzőkhöz h a s o n l ó a n — egy F M 2 o s z c i l l á t o r m o d u l b a n [4] v é g e z t ü k . I t t azonban az ü r e g ú g y l e t t minden d i ó d á r a behangolva, h o g y a 3,5 V-os előfeszültséghez 10,3 G H z t a r t o z z é k . L á t s z i k , hogy az e s z k ö z á t m é r ő e l s ő s o r b a n az a k t í v r é t e g soros e l l e n á l l á s á n a k é r t é k é t befolyásolja, í g y nagyobb előfeszültségeknél egyre kisebb a h a t á s a . A 7. á b r á n az l d . i l l . 2. á b r á n m u t a t o t t u t ó l a g o s b o r í t ó fémezés h a t á s a l á t h a t ó [ 9 ] . A z 1 jelű g ö r b é k ugyanazok, m i n t az előző á b r á n , a 2 jelű g ö r b é k e t pedig egy h a s o n l ó varaktoron k a p t u k u t ó l a g o s b o r í t ó fémezés u t á n . A b o r í t ó fémezés — az á t mérővel e l l e n t é t b e n — nagy előfeszültségeknél hat, a m i k o r a k i nem ü r í t e t t a k t í v r é t e g ellenállása m á r nem d o m i n á l ó jellegű. A v a l a m i v e l nagyobb frek-
v. v
H240-6
ő. ábra. A varaktor átmérőjének h a t á s a a kimenő, teljesít menyre
f, GHz
P, mW
10.6
100 2
l í t j a össze n é g y m á s i k , kereskedelmi forgalomban k a p h a t ó v a r a k t o r h a s o n l ó k a r a k t e r i s z t i k á i v a l [3] — jól s z e m l é l t e t i a soros ellenállás h a t á s á t a mikrohullámú kimenő teljesítményre. L á t h a t ó , hogy a k i m e n ő t e l j e s í t m é n y a legnagyobb jósági t é n y e z ő v e l r e n d e l k e z ő M A 46601 O (2) v a r a k t o r e s e t é n a legnagyobb (Q = 7000 —4 V előfeszültségnél 50 MHz-re). A m i CBA31225G (5) t í p u s ú esz k ö z ü n k e s e t é b e n kisebb a k i m e n ő t e l j e s í t m é n y , mely a nagyobb soros ellenállással m a g y a r á z h a t ó (Q = 5000). A Frequency Sources g y á r t m á n y ú DC51306—30 v a r a k t o r (1) k i m e n ő t e l j e s í t m é n y e m é g a m i hipermeredek CBB3135E v a r a k t o r u n k (6) (Q = 3000) k i m e n ő t e l j e s í t m é n y é n é l is kisebb. A Tesla V B V 6 4 6 eszköz (3) e s e t é b e n a nagy telje s í t m é n y m o d u l á c i ó bizonyara a soros ellenállás erős feszültségfüggésének k ö v e t k e z m é n y e . A T á v közlési K u t a t ó I n t é z e t 1SV452C2 szilícium a l a p ú v a r a k t o r a (4) e s e t é b e n a kis k i m e n ő t e l j e s í t m é n y é s a nagy t e l j e s í t m é n y m o d u l á c i ó az elektronok ala csony m o z g é k o n y s á g á n a k t u d h a t ó be. Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
1987.12.
szám
10.5
75
1
f»*
2 4 1-
10.4
10.3
50
25 1
/
10.2 f p 10.1
0
10
H240-7
15 V. V
7. ábra. Az utólagos borító fémezés hatása
547
e g y e n á r a m ú t ó l , é s a m i k r o h u l l á m ú impedancia m é r é s e k s z i n t é n nagy h i b á t hozhatnak be. A soros ellenállás elemeinek s z ó t v á l a s z t á s a s z i n t é n bonyo l u l t . Az á l t a l u n k javasolt impulzus ü z e m ű ellen á l l á s m é r é s a felforrasztás m i n ő s í t é s é r e alkalmas. A megvalósított mikrohullámú impedanciamérés 1 o h m a l a t t i soros ellenállás é r t é k e k m é r é s é t i s l e h e t ő v é teszi. A soros ellenálláson fellépő veszteségek a m i k r o h u l l á m ú oszcillátor k i m e n ő t e l j e s í t m é n y é n e k csök kenését eredményezik, így a teljesítménymérés k ö z v e t e t t i n f o r m á c i ó t ad a soros ellenállásra. Ez l e h e t ő v é teszi a varaktorok viszonylag e g y s z e r ű minősítését.
f.GHz
10,4
I R O D A L O M
10.3
10,2
H240-8 8. ábra. Lineáris hangolási karakterisztika e s e t é n viszonylag nagy a teljesítménymoduláció
v e n c i a h a n g o l á s oka az, hogy a m e z a m a r á s csök kenti a szórt kapacitást, így a kapacitásváltozás jobban érvényesül. A 8. á b r a az egyik hipermeredek (gamma = 1,0) v a r a k t o r u n k / — V és P—V karakterisztikáját m u t a t j a . Ezeket a v a r a k t o r o k a t l i n e á r i s frek v e n c i a h a n g o l á s r a és t o r z í t á s m e n t e s frekvenciam o d u l á c i ó r a f e j l e s z t e t t ü k k i [4], M i v e l az a k t í v r é t e g soros e l l e n á l l á s a ezen v a r a k t o r o k e s e t é b e n elég nagy, a t e l j e s í t m é n y m o d u l á c i ó s z i n t é n jelen t ő s , de a z é r t m é g e l f o g a d h a t ó : az á b r á n l á t h a t ó esetben p é l d á u l 2,2 d B . 6. ö s s z e g e z é s A z á l t a l u n k m e g v a l ó s í t o t t h a n g o l ó v a r a k t o r fej lesztés a l a p v e t ő célja a soros ellenállás m i n i m a l i z á l á s a v o l t . A z ellenállás c s ö k k e n t é s m ó d j a az a k t í v e p i t a x i á l i s r é t e g v a s t a g s á g á n a k és a d a l é k o l á s á n a k o p t i m a l i z á l á s a , a GaAs letörési t é r e r ő s s é g é nek n ö v e l é s e m e z a t e c h n o l ó g i a a l k a l m a z á s á v a l , a hordozó ellenállásának söntölése utólagos borító fémezés segítségével és a kiszerelés o p t i m a l i z á l á s a volt. A soros ellenállás m é r é s e t ö b b p r o b l é m á t v e t fel. A m i k r o h u l l á m ú ellenállás j e l e n t ő s e n e l t é r h e t az
548
[1] Zs. J. Horváth, I. Gyúró, Á. Nemcsics, K. Kazi: GaAs Sohottky tuning varaetors. Conf. P h y s . Technol. G a A s other I I I — V Semicond. Nov. 19—24 1984, Reinhardsbrunn, G D R , Abstr. C13. [2] Zs. J. Horváth, I. Gyúró, —. Németh-Sallay, B. Szentpáli, K. Kazi: GaAs Schottky varaetors for linear frequeney tuning in X - b a n d . phys. stat. sol. (a) 94, N2, 719 (1986). [3] Horváth Zs., Némethné Sállay M., Gyúró I., Szent páli B.. Kazi K., Szép I.: GaAs alapú m i k r o h u l l á m ú hangoló varaktorok fejlesztése. Finommechanika— Mikrotechnika 25, N2—3, 52 (1986). [4] Research Institute for Technical Physics of the H u n g á r i á n Academy of Sciences, Microwave Pro ducts, Budapest, 1986 [5] B. Szentpáli, A. Andrási, Á. Tichy-Bács: The development of microwave mixer Schottky barrier diodes. M F K I ' 7 8 , Yearbook of the Research Insti tute for Technical Physics of the H u n g á r i á n Aca demy of Sciences, Budapest, 1979. p. 66 [6] Horváth Zs.: Konstans g a m m á j ú Schottky h a n g o l ó varaktorok tervezése. 3. Mikrohullámú Szeminá rium, Budapest 1985. jan. 15—16., K ö z l e m é n y e k 321. old. [7] Zs. J. Horváth, I. Gyúró, M. Németh-Sallay, P. Tüttő, A. Nagy, L . Dózsa, B. Kovács, E. K. Pál, B. Szentpáli, A. Fogt, T. Németh, G. Stubnya, A. Nemcsics: The effect of dopant concentration on the electrical behaviour of G a A s - C r A u junctions. 7th Czechoslovak Conf. Electron. Vac. Phys. Sept. 3—6, 1985, Bratislava, Proc. P t . 3, p. 747 [8] Zs. J. Horváth, P. Tüttő, M. Németh-Sallay, G. Stubnya, T. Németh, I. Gyúró, V. I. Fineberg: Breakdown investigations in M I S and MS structures. 15th School P h y s . Semicond. Comp., April 21—25. 1986, Jaszowiec—Ustron, Poland; A71, N3, 485 (1987) A c t a Physica Polinica [9] Zs. J. Horváth, M. Németh-Sallay, I. Gyúró, K. Kazi, B. Szentpáli, Á. Fogt, L . Dobos, P. Tüttő, T Kolumbán: G a A s — C r A u Sohottky tuning varae tors. Conf. M I C R O E L E C C T R O N I C S ' 8 6 , Oct. 23— 25. 1986, Plovdiv, Bulgária, Proc. Vol. 3, p. 328. [10] Zs. J. Horváth, I. Gyúró, L . Dobos, E. K. Pál, V. I. Fineberg, R. V. Konakova, Yu. A. Tkhorik: S E M investigations of maeroscopie crystal defects in GaAs V P E laers. 4th Hung. Conf. Cryst. Growth, J u l y 22—25. 1986, Budapest, Acta Phys. H u n g . 61, N2 263 (1987), [11] I. Gyúró, Zs. J. Horváth: G a A s V P E layers for Schottky microwave varaetors. 61, N2, 165 (1987). ugyanott. [12] R. G. Strauch, R. A. Mjesch, R. E. Cupp: Varactor Measurements and Equivalent Circuts. IEEE Trans. MTT—13, N l l , 872 (1965)
Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
1987.12.
szám
