Доктор технических наук, доцент, главный научный сотрудник
г. Минск
Dvornikov Oleg V., Dr. of Sci., Associate Professor, Chief Research Scientist
Minsk
Исполняющий обязанности заведующего лабораторией «Электронные методы и средства эксперимента»
г. Минск
Tchekhovski Vladimir A., Acting Laboratory Manager of Electronic Methods and Experiment Means Laboratory
Minsk
Кунц Алексей Вадимович., аспирант Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники; младший научный сотрудник лаборатории электронных методов и средств эксперимента Института ядерных проблем Белорусского государственного университета
220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники; tel. +375-44-726-30-92
Kunts Aliaksei Vadimovich, Postgraduate at the Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, Junior Researcher of Electronic Methods and Experiment Means Laboratory of Research Institute for Nuclear Problems of Belarusian State University
220013, Republic of Belarus, Minsk, P. Brovka St., 6
Заместитель директора по научной работе и инновациям – начальник НПЦ «Технология»
г. Минск
Paulyuchyk Aliaksei А., Deputy Director for Research and Innovations – Head of SPC “Technology”
Minsk
Для производства интегральных аналоговых микросхем малой степени интеграции, предназначенных для работы при температуре до минус 200 ℃ и/или при поглощенной дозе гамма-излучения до 5 Мрад, создан арсенид-галлиевый базовый кристалл. Тип применяемых в базовом кристалле активных элементов, а именно: DpHEMT с размерами затворов 100 мкм/0,2 мкм и 10 мкм/0,2 мкм; p-n-p HBT, выбран для реализации наиболее распространенных аналоговых схем операционных усилителей, компараторов, повторителей напряжения. Несмотря на небольшое количество доступных для схемотехнического синтеза DpHEMT с большой крутизной и особенности вольтамперных характеристик экспериментальных образцов DpHEMT, исключающие их применение при малых токах стока, на базовом кристалле возможно проектирование схем зарядочувствительных усилителей (ЗЧУ), содержащих только один тип активного элемента – DpHEMT. При этом правильный выбор рабочей точки транзисторов обеспечивает разработку малошумящих, быстродействующих ЗЧУ с лучшими параметрами по сравнению с кремниевыми ЗЧУ для датчиков с внутренней емкостью до 100 пФ. Так, разработанные на GaAs базовом кристалле ЗЧУ с головными DpHEMT и отношением ширины затвора к его длине, равным W/L = 2000 и W/L = 3000, характеризуются соответственно током потребления ICC = 5,46 мА и ICC = 5,25 мА, длительностью фронта нарастания tR = 10,7 нс и tR = 9,6 нс, эквивалентным шумовом зарядом ENC = 3960 эл. и ENC = 3700 эл. при емкости датчика 50 пФ, в то время как ЗЧУ с кремниевым головным полевым транзистором, управляемым p-n-переходом и каналом p-типа, имеет W/L = 3870, ICC = 6,99 мА, tR = 27,7 нс, ENC = 5360 эл. при той же емкости датчика.
For the production of integrated analog circuits with a small-scale integration, which are developed to operate at temperatures up to minus 200 ℃ and/or with absorbed dose of gamma radiation up to 5 Mrad, a gallium arsenide master slice has been created. The following types of active elements are used in this master slice: DpHEMT with gate dimensions 100 ηm/0,2 ηm and 10 ηm/0,2 ηm; p-n-p HBT, they were chosen for realization of most common analog circuits of operational amplifiers, comparators, voltage followers. Despite the small number of available DpHEMT with high transconductance for circuit synthesis and volt-ampere characteristics features of DpHEMT experimental samples, which exclude use of those transistors at low drain current, master slice give opportunity for developing charge-sensitive amplifiers (CSA) circuits with only one type of active elements – DpHEMT. At the same time, correct choice of the operating point of transistors provide development of low-noise, high-speed CSAs with better parameters than silicon CSAs for sensors with internal capacitance up to 100 pF. So, developed on GaAs master slice CSA with head DpHEMTs and ratio of the gate width to its length, equal to W/L = 2000 and W/L = 3000, characterized by current consumption ICC = 5,46 mA and ICC = 5,25 mA, rise time tR = 10,7 ns and tR = 9,6 ns, equivalent noise charge ENC = 3960 el, and ENC = 3700 el. with sensor capacitance of 50 pF, while the CSA with a head silicon p-channel junction field-effect transistor has W/L = 3870, ICC = 6,99 mA, tR = 27,7 ns, ENC = 5360 el. with the same sensor capacitance.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.