ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В статье представлены результаты экспериментального исследования характеристик полевого СВЧ транзистора 3П398А-5 при криогенной температуре 4 К для оптимизации его использования в криогенных малошумящих усилителях, применяемых в квантовых вычислениях и радиоастрономии. Проведены измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) и S-параметров транзистора с использованием специализированного измерительного стенда, включающего рефрижератор растворения Entropy He7, источник-измеритель Keithley 2636B и векторный анализатор цепей Rohde&Schwarz ZVL13. При температуре 4 К транзистор продемонстрировал значительное улучшение параметров по сравнению с комнатной температурой: напряжение отсечки снизилось с –2,5 В до –0,9 В, начальный ток стока увеличился с 36 до 55 мА, сопротивление канала уменьшилось с 83 до 20 Ом, а ток утечки сократился с 10 до 1 мкА. Анализ S-параметров выявил оптимальный режим работы (Vgs = –0,45 В, Vds = 0,5 В, Id = 9 мА), обеспечивающий максимальный коэффициент усиления (S21) в диапазоне 1…12 ГГц при минимальной потребляемой мощности (около 4 мВт). Полученные данные позволяют уточнить модели транзисторов для проектирования высокочувствительных криогенных усилителей с низким уровнем шумов и высокой энергоэффективностью.

1. A 300-µW cryogenic HEMT LNA for quantum computing / E. Cha, N. Wadefalk, G. Moschetti, A. Pourkabirian, J. Stenarson, J. Grahn // 2020 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS). – IEEE, 2020. – P. 1299–1302. – DOI: 10.1109/IMS30576.2020.9223865.
2. A wideband cryogenic microwave low-noise amplifier / B.I. Ivanov, D.I. Volkhin, I.L. Novikov, D.K. Pitsun, D.O. Moskalev, I.A. Rodionov, E. Il’ichev, A.G. Vostretsov // Beilstein Journal of Nanotechnology. – 2020. – Vol. 11. – P. 1484–1491. – DOI: 10.3762/bjnano.11.131.
3. Pospieszalski M.W. Extremely low-noise cryogenic amplifiers for radio astronomy: past, present and future // 2018 22nd International Microwave and Radar Conference (MIKON). – Poznan, Poland, 2018. – P. 1–6. – DOI: 10.23919/MIKON.2018.8514558.
4. Matched wideband low-noise amplifiers for radio astronomy / S. Weinreb, J. Bardin, H. Mani, G. Jones // Review of Scientific Instruments. – 2009. – Vol. 80 (4). – P. 044702. – DOI: 10.1063/1.3103939.
5. Risacher C., Belitsky V. Low noise cryogenic IF amplifiers for super heterodyne radio astronomy receivers // Proceedings of the Thirteenth International Symposium on Space Terahertz Technology. – Cambridge, MA, USA, 2002. – P. 391–400.
6. Broïse X., Bounab A. Cryogenic ultra-low noise HEMT amplifiers board // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. – 2015. – Vol. 787. – P. 51–54. – DOI: 10.1016/j.nima.2014.11.016.
7. Self-heating of cryogenic high electron-mobility transistor amplifiers and the limits of microwave noise performance / A.J. Ardizzi, A.Y. Choi, B. Gabritchidze, J. Kooi, K.A. Cleary, A.C. Readhead, A.J. Minnich // Journal of Applied Physics. – 2022. – Vol. 132 (8). – P. 084501. – DOI: 10.1063/5.0103156.
8. Полевой транзистор 3П398А-5: Техническое описание / ЗАО НПП "Планета-Аргалл". – URL: https://argall.nov.ru/wp-content/uploads/2021/10/398a.pdf (дата обращения: 12.09.2025).
9. Pospieszalski M.W. Modeling of noise parameters of MESFETs and MODFETs and their frequency and temperature dependence // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1989. – Vol.37 (9). – P. 1340–1350. – DOI: 10.1109/22.32217.