СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ НА GAN И GAAS ТРАНЗИСТОРАХ
Аннотация
Высокотемпературные интегральные микросхемы (ИМС), сохраняющие работоспособ- ность при температуре более 150°С, требуются во многих областях промышленности, например, в аэрокосмическом, авиационном и автомобильном приборостроении, нефтехимической промыш- ленности, электроэнергетике, электронике военного назначения. В настоящее время зарубежные предприятия серийно выпускают несколько высокотемпературных аналоговых и аналого- цифровых ИМС на основе кремниевых КМОП КНИ структур – ADS1278-HT, ADS1282-HT, ADS8320-HT, INA129-HT, INA333-HT, OPA2333-HT и др. В Российской Федерации также разра- ботаны высокотемпературные кремниевые операционные усилители и АЦП. Однако максималь- ная рабочая температура таких изделий не превышает 200°С из-за наличия ограничений кремние- вых технологий. По указанной причине в качестве полупроводников, предназначенных для высоко- температурных ИМС, чаще всего рассматриваются широкозонные, такие как карбид кремния (SiC), нитрид (GaN) и арсенид галлия (GaAs), которые обеспечивают ряд характеристик, необхо- димых для высокотемпературных применений: широкую запрещенную зону, высокую скорость насыщения носителей заряда и низкую концентрацию собственных носителей заряда. В статье представлен аналитический обзор проблем разработки высокотемпературных GaN и GaAs мик- росхем. Рассмотрены особенности вольтамперных характеристик GaN и GaAs полевых транзи- сторов, работающих в режиме обеднения и обогащения, электрические схемы типовых аналого- вых устройств (зарядочувствительных и операционных усилителей, компараторов, повторителей тока) и цифровых вентилей. Сделан вывод о том, что схемотехнический синтез GaAs аналоговых микросхем целесообразно выполнять на полевых транзисторах с каналом n-типа, работающих в режиме обеднения, и p-n-p гетероструктурных биполярных транзисторах. Приведены примеры таких схем. Актуальность вышеназванных исследований связана с проблемами импортозамеще- ния микросхем на широкозонных полупроводниках (GaN, GaAs), обеспечивающих широкий диапазон рабочих температур (свыше +150°С).
