Статья

Название статьи СХЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ИНТЕГРАЛЬНОГО КОММУТАТОРА С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ МАКСИМУМА ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРОНОВ В ТУННЕЛЬНО-СВЯЗАННЫХ КВАНТОВЫХ ОБЛАСТЯХ
Автор Е.А. Рындин, А.А. Аль-Саман
Рубрика РАЗДЕЛ III. НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 04, 2017
Индекс УДК 621.3.049
DOI
Аннотация Объектом исследования является быстродействующий интегральный коммутатор с управляемой передислокацией максимума плотности электронов в туннельно-связанных квантовых областях наногетероструктуры А3В5. Активная область коммутатора со-держит две квантовые ямы, разделенные туннельным гетеробарьером, и два управляющих перехода: управляющий переход Шоттки над верхней квантовой ямой и управляющий p-n-переход, соответственно, под нижней. Каждая из туннельно-связанных квантовых ям коммутатора имеет раздельные омические контакты, что позволяет выполнять коммутацию сигналов единым функционально интегрированным устройством, сократить площадь, занимаемую интегральным элементом на кристалле, исключить внутриэлементные металлические соединения и повысить быстродействие. В статье предложена схемотехническая модель интегрального коммутатора на основе туннельно-связанных квантовых ям в виде эквивалентной схемы, учитывающей возможность изменения электрофизических и геометрических параметров элемента и обеспечивающей ее применимость для анализа нелинейных электронных схем. Представлено развернутое математическое описание нелинейных источников тока предложенной схемотехнической модели. Получена аналитическая модель, описывающая среднее время передислокации электронов между туннельно-связанными квантовыми ямами интегрального коммутатора. Полученная модель легко интегрируется в современные программные средства схемотехнического моделирования электронных интегральных схем. Проведена проверка математической модели в программах Matlab и AWR (Microwave Office Environment). Полученные результаты показывают, что коммутаторы на основе туннельно-связанных квантовых ям характеризуются малым временем переключения – менее 1 пс, определяемым инерционностью управляемой туннельной передислокации электронов между связанными квантовыми ямами, то есть имеют на порядок более высокое быстродействие по сравнению с аналогами, реализованными на основе HEMT (High Electron Mobility Transistors).

Скачать в PDF

Ключевые слова Интегральный коммутатор; наногетероструктура; схемотехническая модель; эквивалентная схема.
Библиографический список 1. Herrick K. J., Yook J. G., Katehi L. P. B. Microtechnology in the development of three-dimensional circuits // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. ‒ 1998.
‒ Vol. 46, No. 11. ‒ P. 1832-1844.
2. Harris M. S. MMIC design // Microelectronics Journal. ‒ 1996. ‒ Vol. 27, No. 1. ‒ P. 102-103.
3. Drevon C., Monfraix P., Paillard M. [et al.] New Trends for Microwave Packaging into Space-Borne Equipment // Gallium Arsenide applications symposium. GAAS 2002 ‒ Milano: Microwave engineering Europe, 2002. ‒ P. 1-7.
4. Coquillat D., Nodjiadjim V., Blin S. [et al.] High-Speed Room Temperature Terahertz Detectors Based on InP Double Heterojunction Bipolar Transistors // International Journal of High Speed Electronics and Systems. ‒ 2016. ‒ Vol. 25, No. 03n04. ‒ P. 1640011.
5. Handa H., Ujita S., Shibata D. [et al.] High-speed switching and current-collapse-free operation by GaN gate injection transistors with thick GaN buffer on bulk GaN substrates // Electron Devices Meeting (IEDM), 2016 IEEE International. ‒ IEEE, 2016. ‒ P. 10.3. 1-10.3. 4.
6. Аль-Cаман А.А., Лебедев В.К. Проектирование амплитудно-фазового делителя мощности СВЧ в диапазоне 2-4 ГГц // Специальная техника. ‒ 2013. ‒ № 3. ‒ C. 19-25.
7. Chang S.-C., Chang S.-F., Chih T.-Y. [et al.] An internally-matched high-isolation CMOS SPDT switch using leakage cancellation technique // IEEE microwave and wireless components letters. ‒ 2007. ‒ Vol. 17, No. 7. ‒ P. 525-527.
8. Goldsmith C. L., Yao Z., Eshelman S. [et al.] Performance of low-loss RF MEMS capacitive switches // IEEE Microwave and guided wave letters. ‒ 1998. ‒ Vol. 8, No. 8. ‒ P. 269-271.
9. Thomas L., Hing A., Hughes E. [et al.] GaAs MMIC broadband SPDT p-i-n switch // Electronics Letters. ‒ 1986. ‒ Vol. 22, No. 22. ‒ P. 1183-1185.
10. Uda H., Yamada T., Sawai T. [et al.] High-performance GaAs switch IC's fabricated using MESFET's with two kinds of pinch-off voltages and a symmetrical pattern configuration // IEEE journal of solid-state circuits. ‒ 1994. ‒ Vol. 29, No. 10. ‒ P. 1262-1269.
11. Yongsheng D., Xiaojian C., Tangsheng C. [et al.] Reflect type DC-20 GHz MMIC high performance SPST and SPDT switches // 2nd International Conference "Microwave and Millimeter Wave Technology" (ICMMT 2000) – IEEE, 2000. ‒ P. 211-214.
12. Lin K.-Y., Tu W.-H., Chen P.-Y. [et al.] Millimeter-wave MMIC passive HEMT switches using traveling-wave concept // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. ‒ 2004.
‒ Vol. 52, No. 8. ‒ P. 1798-1808.
13. Lin K.-Y., Wang Y.-J., Niu D.-C. [et al.] Millimeter-wave MMIC single-pole-double-throw passive HEMT switches using impedance-transformation networks // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. ‒ 2003. ‒ Vol. 51, No. 4. ‒ P. 1076-1085.
14. Pala V., Peng H., Wright P. [et al.] Integrated high-frequency power converters based on GaAs pHEMT: Technology characterization and design examples // IEEE Transactions on Power Electronics. ‒ 2012. ‒ Vol. 27, No. 5. ‒ P. 2644-2656.
15. Рындин Е.А. Сверхбыстродействующие электронные коммутаторы на основе управляемой передислокации максимума волновой функции носителей заряда // Вестник Южного научного центра РАН. ‒ 2006. ‒ T. 2, № 2. ‒ C. 8-16.
16. Konoplev B.G., Ryndin E.A., Denisenko M.A. Components of Integrated Microwave Circuits Based on Complementary Coupled Quantum Regions // Russian Microelectronics. – 2015.
– Vol. 44, No. 3. – P. 190-196.
17. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники.
‒ Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. ‒ 496 с.
18. Гринберг Г.С., Могилевская Л.Я., Хотунцев Ю.Л. Моделирование на ЭВМ нелинейных устройств на полевых транзисторах с барьером Шотки // Радиотехника и электроника.
‒ 1995. ‒ T. 40, № 3. ‒ C. 498-502.
19. Филинюк Н.А., Гаврилов Д.В. Определение параметров физической эквивалентной схемы двухзатворного полевого транзистора Шотки // Известия вузов. Радиоэлектроника. ‒ 2004. ‒ T. 47, № 11. ‒ C. 71-75.
20. Angelov I., Zirath H., Rosman N. A new empirical nonlinear model for HEMT and MESFET devices // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. ‒ 1992. ‒ Vol. 40,
No. 12. ‒ P. 2258-2266.

Comments are closed.