Главная  Интегральные схемы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36]

великолепных результатов. Например, разработаны базовое матричные кристаллы со степенью интеграции 300 элементов на кристалл и средней временной задержкой информационного сигнала до 184 не. Основным АЭ матричного кристалла является полевой транзистор, изготовленный на основе GaAs, работающий в режиме вентиля с временем задержки сигнала 15,4 пс при мощности потребления 5,4 мВт/вентиль. Сегодняшний день характерен внедрением К/МОП-технологии, на основе которой, как утверждают зарубежные специалисты, к 90-м годам будут изготавливаться матричные кристаллы со степенью интеграции 104-10 вентиль/см при мощности потребления 20 Вт и частоте переключения порядка 1 ГГц.

Возможно увеличение быстродействия транзисторных А9 на основе применения технологии новых полупроводниковых материалов (например, антимонида индия). К этой цели можно подойти с точки зрения повышения подвижности носителей путем улучшения кристаллической решетки арсе-нида галлия. Это реально в ОИС, где на разных этажах между слоями чистого GaAs расположены слои соединения GaAs с А1 (многослойные «суперрешетки»). При этом между этажами вводятся управляющие электроды, что в целом создает вертикально расположенные МОП-транзисторы. Но при этом необходимо учитывать, что с ростом частоты (быетродействия) в таких структурах могут возникать мно-гомодоБые режимы (волны высших типов), которые приведут к возникновению в активной Зоне локальных транзисторных эффектов, вызывающих нежелательное «защелкивание схемы».

Больших успехов в этой области достигли сотрудники фирмы «Ве11», создавшие транзистор с временем переключения до 10 пс (при комнатной температуре) и потребляемой мощностью 1,03 мВт на ячейку. В слоистой структуре использовался сверхтонкий слой (10 им) GaAs, расположенный над чуть более толстым слоем (30 нм) селективно легированного AlGaAs. Была создана резкая граница между двумя слоями, что позволило отделить примеси в слое AlGaAs от свободных электронов, притягиваемых тонким слоем GaAs. Ширина затвора в такой структуре составляет всего лишь 0,35 мкм. После получения уникальных выходных Характеристик объемной структуры исследователями было отмечено, что они вплотную приблизились к истинному физическому (фундаментальному) пределу.

Подтверждением целесообразности применения идей ОИС в вычислительной технике является работа Дж. Симонса,



где, Б частности, сказано: «Исследования с целью разработки трехмерных микросхем имеют большое значение. Буду прилагаться усилия к выращиванию кремниевых слоев (до шести слоев) в структурах, с тем чтобы одна микросхема могла объединить в себе измерительную, вычислительную и управляющую секции, а также память без ранее неизбежного увеличения размеров устройства... Кремниевая технология, сочетающая низкое энергопотребление с высоким быстродействием, позволила создать супермикрокомпьютер (настоящее произведение искусства) с 200-наносекунд-ным рабочим циклом» [15].



Рис. 3.4

На примере балансного усилителя рассмотрим архитектуру построения объемного модуля. На рис. 3.4 а показана эквивалентная схема усилителя, состоящего из двух квадратурных НО 7, 2 и двух транзисторных цепочек 5, 4, включенных параллельно через НО. Одни плечи НО образуют вход 5 и выход 6 усилителя, два других нагружены на согласованные нагрузки 7?g 7, S. В планарном изготовлении такая схема не обладает способностью к необходимому ослаблению шумов из-за существования поверхностных типов волн, возникающих на неоднородностях, которые создают непосредственную связь (достаточно малую, но соизмеримую с шумаМ;И) между транзисторными цепочками. Этот недостаток исключается, если использовать на входе и выходе усилителя объемные НО 7 и 2 (рис. 3.4 б). В этом случае транзисторные цепочки 3 и 4 (на рис. 3.4 б они приведены в упрощенном виде), разделенные слоем металла 9, будут полностью развязаны по поверхностным волнам. Экспери-




Рис. 3.5

•Дентальные исследования балансного усилителя на ОИС подтверждают возможность дополнительного подавления шумов - до 20 дБ.

Как уже было отмечено, перспективным направлением 5вляются АЭ с распределенными параметрами. К настоящему времени по активным распределенным структурам опубликованы сотни книг, монографий и статей. Нет никакой возможности хотя бы коротко упомянуть здесь об этом большом направлении и полученных на этом пути результатах. Поэтому мы рассмотрим одну из интересных объемных распределенных структур АЭ, в которой использованы последние достижения в области МСВ (рис. 3.5).

Объемный АЭ построен на основе СЩ.Л / и 2, симметрично расположенных по разные стороны полупроводникового слоя 3. Сверху и снизу на СЩЛ наложены слои ГГГ 4, 5 с эпитаксиально выращенными на них слоями ЖИГ 6, 7. На боковые поверхности слоев нанесены слои металла 8, 9, расстояние между которыми равно половине длины волны. Для создания напряженности электрического поля в активной зоне 10 на слои металла 8, 9 подаетгя разность потенциала, а для возбуждения медленных МСВ формируются постоянные магнитные поля Но равной напряженности, направленные навстречу друг другу со смещением в вертикальной плоскости (магнитная система на рис. 3.5 не показана). Работа объемного АЭ основана на принципе синхронизма медленной МСВ с потоком положительных и (или) отрицательных зарядов в активной зоне 10.

Рассмотренные примеры наглядно показывают перспективность использования ОИС СВЧ и АЭ. Вместе с тем большое внимание уделяется развитию монолитных полупроводниковых ИС, которые, как уже говорилось, в длинноволновом диапазоне СВЧ являются сосредоточенными элементами, а Б коротковолновом (миллиметровый и субмиллиметровый диапазоны) они по своей сути представляют распре-. деленную структуру (ее размеры соизмеримы с длиной волны) и полностью отвечают определению ОИС СВЧ. Поэтому эффективный выигрыш по качеству и габаритам проектируемой РЭА в промежуточном частотном диапазоне (санти-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36]

0.0007