Т. В. Свистова основы микроэлектроники учебное пособие

Микрополосные линии (МПЛ) весьма интересны с точки 
зрения физической электроники. МПЛ представляет собой 
проводник ленточного типа шириной W, прямоугольного се-
чения, расположенный на подложке толщиной h с высокой ди-
электрической проницаемостью 
. Обратная сторона подложки 
металлизирована и заземлена (рис. 5.1, а). Микрополосковая 
линия такой конструкции обладает волновым сопротивлением, 
зависящим от соотношения W / h и величины 
., а также от ко-
эффициента потерь, дисперсии и предельной передаваемой 
мощности. При конструировании устройств СВЧ-диапазона 
появляется необходимость изменения геометрических разме-
ров МПЛ, что получило название неоднородности МПЛ. 
К пассивным элементам СВЧ-диапазона относят рези-
сторы, конденсаторы и индуктивности. 
Эффект электрического сопротивления прохождения то-
ка в СВЧ-диапазоне возникает в неоднородности микрополос-
ковых линий в емкостях, образующихся в воздушных проме-
жутках, диэлектрических материалах, окисных пленках между 
кристаллами (рис. 5.1, б). 
Конденсаторы микросхем СВЧ-диапазона также изготов-
ляются на основе МПЛ. Малые номиналы (несколько пФ) 
можно получить на разрывах МПЛ (рис. 5.1, в), а большие реа-
лизуются в виде конструкции типа гребенчатого конденсатора. 
Для получения конденсаторов емкостью более 10 пФ исполь-
зуют многослойные структуры. 

---

119
Индуктивность как элемент СВЧ-схем может быть реа-
лизована в виде прямоугольного отрезка МПЛ со скачком по 
ширине или в форме круглой и квадратной спирали. 
Рис. 5.1. Элементная база СВЧ-микросхем. Микрополосковая 
линия (а) и пассивные элементы на ее основе: резистор (б), 
конденсатор (е, г), индуктивность (д, е) 
К пассивным элементам можно условно отнести диоды 
СВЧ-диапазона, которые не генерируют колебаний. Сущест-
вуют конструкции диодов, обладающие S - (рис. 5.2, а) или N-
образными (рис. 5.2, б) вольт-амперными характеристиками.
Рис. 5.2. S - образная (лавинно-пролетный диод) (а)
или N - образная (туннельный диод) (б)
вольт-амперные характеристиками 

---

120
Такие диоды на определенных участках вольт-амперной ха-
рактеристики имеют отрицательное дифференциальное сопро-
тивление, и соответственно, способны генерировать электро-
магнитные колебания. Эти диоды и триодные структуры отно-
сятся к активным элементам СВЧ-микросхем. 
Диод с барьером Шоттки представляет собой выпрям-
ляющий контакт «металл - полупроводник» (рис. 5.3, а). Он 
работает на основных носителях заряда, при этом неосновные 
не накапливаются. Время восстановления обратного сопротив-
ления составляет порядка 10
-8
с, что позволяет использовать 
такие подложки до частот 300 ГГц. 
Рис. 5.3. Диоды и триоды СВЧ-диапазона: а - диод с барьером 
Шоттки; б - р-i-п-диод; в - лавинно-пролетный диод;
г - туннельный диод; д - диод Ганна 

---

121
Диод р-i-п-структуры формируется на основе обедненно-
го i-слоя между р- и n-областями. Он обладает высоким про-
бивным напряжением (рис. 5.3, б) и способен работать при на-
пряжениях более 1 кВ и импульсной мощности порядка 
10 кВт. 
Лавинно-пролетный диод работает на основе лавинного 
пробоя р-п-перехода при высоких обратных напряжениях (рис. 
5.3, в). На его основе можно создать достаточно мощные дио-
ды, работающие в гигагерцевом диапазоне частот. 
Туннельные диоды представляют собой р-п-переходы с 
туннельным эффектом (рис 5.3, г). Они обладают широкопо-
лосностью, низким уровнем шума, высокой температурной 
стойкостью. 
Диод Ганна в основе своей конструкции имеет невы-
прямляющий контакт «металл - полупроводник» (рис. 5.3, д). 
Он работает в гигагерцевом диапазоне частот при значитель-
ных мощностях импульсов. 
Однако наибольший интерес, как активные элементы, 
представляют полевые и биполярные транзисторы СВЧ-
диапазона. 
Главное их отличие от традиционных транзисторных 
структур микроэлектроники - материал. Если в традиционной 
микроэлектронике все структуры выполняются на кремниевых 
подложках того или иного типа проводимости, то в микро-
электронике СВЧ используются полупроводниковые соедине-
ния типа А
3
В
5
или А
2
В
6
.