СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ НА GAN И GAAS ТРАНЗИСТОРАХ
Ключевые слова:
GaAs, GaN, транзистор с высокой подвижностью электронов, полевой транзистор, работающий в режиме обеднения, высокотемпературные аналоговые микросхемыАннотация
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).
