张永刚
忆四十年前学做毫米波器件 精选
2022-10-25 11:59
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忆四十年前学做毫米波器件

张永刚

大学毕业四十年了。77级是春季入学,上次纪念入学四十年同学聚会时约好,大家今年春天再聚,可转眼已到秋天,就写些文字吧。

大学里到了最后一学期照例是要搞个毕业设计的。在此之前大家都已在本校的半导体作坊实习过,那里是可以做集成电路的,学生嘛每人就发两片硅片去试做三极管,光刻氧化扩散之类都要自己上手,记得用的还是明胶版。硅片流到最后在探针台上测一下特性,封装就省了。测得了三极管特性就很高兴,信心满满。毕业设计是学生三五成群去往全国各地。那时邮电部还在,有不少自己的半导体厂或研究所,去的人比较多,也有些到地方的半导体厂或研究所。

本人和一个同学一起分到上海做毕业设计,去邮电部的第一研究所,靠大木桥路那里,现在不知还在不在啥时去看看。那时一所在搞卫星通信,元器件都要靠自己解决,元件组里有在做耿氏二极管(Gunn diode)的就分去学习。这个耿氏二极管是用作振荡器的,频率是50-60GHz,对应的波长6-5毫米,妥妥的毫米波了,现在的5G通信最高也刚到这个频率吧,不知有什么牌子的手机已经用上了? 当时的卫星通信频率大约是4GHz,要这么高频率的振荡器干啥?那是用来做放大4GHz弱信号的参量放大器,用作里面的泵浦源。参量放大器里靠泵浦源来激励微波变容二极管(这个也有其他人在做),相当于以泵浦源作为“电源”,再通过微波谐振腔和“天线”抽取放大后的4GHz信号,这个和外差或超外差接收是有所不同的。在这个频段泵浦源的频率越高噪声越低,要使得参量放大器在室温下就能工作,振荡器的频率就要尽量做高一些。放大4GHz的信号直接用HEMT三极管之类的直接放大器不好吗?前些年满大街的卫星电视接收小锅的头子上不是很常用的吗?那时候还没有这样的器件,硅器件又到不了这个频率,所以只能巧妙地通过二极管来解决问题,现在这种参量放大器估计是没人用了。

最近打扫卫生时找到了当年的毕业设计报告,拿出来给大家“欣赏”一下,见笑见笑。那时计算机和打印机应该已经有了吧,可没处去用,所以报告都还是手抄的,曲线图也是手绘的,誊抄时下面放上了复写纸,才能留个底稿到今天。


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这个耿氏二极管里面连pn结都没有,是利用电子在砷化镓能谷间的转移产生负阻,所以也叫体效应器件或转移电子器件,因为要控制掺杂所以还必须用外延材料,但器件是“纯手工”制作的。耿氏管工作起来电流还很大,发热严重,所以必须把衬底完全去掉再做上厚镀金热沉,实际有效的砷化镓厚度和直径都只有几个微米,芯片做好后封进像个2毫米螺丝的管壳里,用金带连上封好帽,金光闪闪很漂亮,拧进谐振腔加电就能工作。

两个月的毕业设计很快就结束了,但这段经历对此后的影响还是蛮大的。回到学校嘛很快就分配工作了,那时还是国家包分配的,但分到哪里是否满意就撞大运了。分配完各奔东西,本人是分到了南京的一个中专学校去教书。因觉得还是做半导体更合适,当了两年教书匠后去考研究生,继续学做半导体,当然后来也还是个教书匠。

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