什么是微波晶体管?

[拼音]：weibo jingtiguan

[外文]：microwave transistor

在微波波段工作的晶体管。微波波段指频率在 300兆赫～300吉赫的电磁波谱。按功能分类，微波晶体管包括微波低噪声晶体管和微波大功率晶体管。按结构分类，微波晶体管可分为双极型晶体管和场效应晶体管。

由于工作频率高，微波晶体管必须具有微米或亚微米的精细几何尺寸。随着薄层外延技术、浅结扩散或离子注入技术、投影曝光、远紫外曝光、X射线曝光、电子束曝光等微细加工技术的发展，微波晶体管的工作频率、功率和低噪声性能已得到提高。

主要用于微波通信、卫星通信、雷达、电子对抗以及遥测、遥控系统中的接收机前置放大器。微波晶体管的噪声越低，接收机的灵敏度越高，这些系统的作用距离越大。

双极型晶体管的噪声来源有：热噪声、散d噪声、分配噪声和1／f噪声（也称闪烁噪声）。场效应晶体管是多数载流子器件，故不存在少数载流子引起的散d噪声和分配噪声，但存在一个肖特基栅感应噪声。

为了降低微波低噪声晶体管的噪声，对双极型晶体管来说，最重要的是减小基极电阻及各项串联电阻和接触电阻，减小寄生电容，减薄基区，减小少子的渡越时间等。对场效应晶体管来说，应尽可能降低源的串联电阻、接触电阻以及栅金属化电阻，尽量减小栅长（已达到亚微米量级），采用低温致冷技术等。

双极晶型体管和场效应晶体管的噪声来源不尽相同，但它们随频率和工作电流的变化规律是相似的。尽量降低白噪声和采用较小的工作电流，可以得到最佳效果。

硅双极型晶体管最高工作频率只达到8吉赫，而且在这一频率下噪声很大，无实用价值。一般只应用于 2吉赫以下，噪声系数为1～2分贝。

砷化镓场效应管的工作频率已达60吉赫。在工作频率1～12吉赫下，噪声系数仅0.5～1.4分贝。异质结高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)工作频率更高、噪声更低。

微波功率晶体管可在微波频率下可靠地输出几百毫瓦至几十瓦的射频功率。这就要求晶体管在微波频率下具有良好的功率增益和效率。高频率和大功率是矛盾的，故微波功率晶体管的设计须从器件结构、物理参数、电学性能和热传导等各方面综合考虑。提高频率、功率性能的主要途径有：

（1）提高发射极的“周长／面积比”，以提高单位发射极周长的电流容量。

（2）采用浅结高浓度扩散或离子注入，以得到小的基极电阻，又能减薄基区，从而缩短少子在基区的渡越时间，提高工作频率。

（3）采用多发射极单元分散的结构，适当减薄外延层和衬底厚度，以减小热阻。器件的主要结构形式有梳状、覆盖式、网状及菱形等。

（4）采用电迁徙小、能承受大电流密度、欧姆接触电阻小的多层难熔金属化系统（如铂钛铂金、钨钛金、铂钼金等）。

（5）为了提高抗电压驻波比能力、防止二次击穿，通常在发射极串联一个镇流电阻。

（6）微波功率晶体管的管壳既要散热性能好，又要频率性能好，因此通常采用对电绝缘、导热性能可与金属媲美的氧化铍陶瓷作管座，某些情况下，可采用内匹配技术，即在管壳内制一个MOS或MOM电容和键合内引线组成网路与管芯匹配，使得电流在发射极各区均匀分配，以提高功率输出，并在一定的频带内，得到最高的功率增益。

（7）减小发射极引线电感量，是提高增益的关键之一。

砷化镓肖特基场效应管(GaAs MESFET) 是一种性能优良的微波功率晶体管，它的工作频率远远高于硅双极功率管。但砷化镓材料的热阻比硅大，因而功率容量比硅双极功率管小很多。双极晶体管可工作在微波频段的低端，而输出较大的功率（400兆赫下输出功率达100瓦，1吉赫下输出功率达50瓦，砷化镓场效应管则可工作在微波频段的高端，输出中等大小的功率6～8吉赫下输出功率为20～25瓦，12吉赫下输出功率为1～3瓦）。功率场效应晶体管是多子器件，不存在二次击穿和低温下电流增益下降的问题。它的工作温度范围很宽(一般为－55～125


)，也可能在 77K下工作。最高结温为200


。它的抗辐射能力比硅双极晶体管高两个数量级。

微波功率晶体管还有硅静电感应场效应管、硅VMOS和异质结（镓铝砷／砷化镓）双极晶体管等结构。