AlGaN/GaN HEMT研制及特性分析

以蓝宝石为衬底研制出栅长1μm AlGaN/GaN HEMT．在室温下,测试该器件显示出良好的输出特性和肖特基伏安特性,最大跨导160mS/mm,栅压1V下饱和电流720mA/mm,击穿电压大于50V．分析了几个关键工艺对器件特性的影响,指出较大的欧姆接触电阻(3.19Ω·mm)限制了器件性能进一步提高,需提高肖特基接触的势垒高度．     

2～6 GHz 100 W高效率平衡式功率放大器的研制

为解决传统宽带大功率放大器工作效率低的问题,采用新型电阻电抗连续B/J类功放模式拓展晶体管高效率的输出负载阻抗空间,从而提高宽带功放的漏级输出效率。提出了一款基于0.25μm栅长的氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的平衡式功放。该功放将LC匹配网络和切比雪夫阻抗变换器相结合实现GaN HEMT器件宽带输入输出阻抗匹配,并利用3 dB Lange耦合器实现宽带平衡式功率合成。在连续波测试条件下,该平衡式功放在2～6 GHz频带内输出功率大于100 W,漏极效率大于45%,功率增益大于9.0 dB,抗负载失配比优于5:1。     

基于AlGaN/GaN HEMT结构的ZnO纳米线感光栅极光电探测器

在传统的采用ZnO薄膜的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor, HEMT)光电探测器件中，存在光吸收、光电转换效率低，光电流小等诸多局限.为改善上述问题，基于AlGaN/GaN HEMT结构，提出并成功制备了一种ZnO纳米线感光栅极光电探测器.实验中首先通过水热法将ZnO纳米线成功制备到Si衬底材料及AlGaN/GaN HEMT衬底材料上，并利用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)仪、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、光致发光(photo luminescence, PL)光谱仪等仪器进行了一系列测试.结果表明，生长在AlGaN/GaN HEMT衬底材料上的ZnO纳米线具有更低的缺陷密度、更好的结晶度和更优异的光电特性.然后，将ZnO纳米线成功集成到AlGaN/GaN HEMT器件的栅极上，制备出具有ZnO纳米线感光栅极的AlGaN/GaN HEMT紫外光电探测器.将实验中制备出的具有ZnO纳米线感光栅极的AlGaN/GaN HEMT器件与常规的...     

AlGaN/GaN HEMT热形貌分布特性仿真

该文从泊松方程、连续性方程和晶格热方程出发,采用商用TCAD软件建立A1GaN/GaNHEMT器件二维模型.针对自加热效应,在不同的直流偏置电压下,对AlGaN/GaN HEMT器件进行了二维数值分析,获得相应的热形貌分布.     

基于ADS的2GHz低噪声放大器设计

该文根据对晶体管结构和低噪声放大器原理的分析,利用ADS软件设计了一个低噪声放大器。通过采用HBT晶体管,设计偏置电路、负反馈电路和输入输出匹配电路,实现在2GHz频率下,低噪声放大器绝对稳定,增益大于13dB,噪声系数低于1．0dB,输出驻波比小于1．3,输入驻波比小于2．5。     

1414．5 GHz Doherty 功率放大器研究

该文设计了一款应用于卫星通信基站的Ku波段高效率功率放大器。设计电路中的有源器件为Triquint 0．25μm GaN HEMT功率管,首先对该功率晶体管等效电路模型进行参数提取,用HFSS软件对无源元件进行电磁场仿真,用Agilent ADS软件对电路有源和无源进行了联合仿真。电路拓扑结构为Doherty结构,其中主放大器和辅助放大器分别设计,再通过Wilkinson功分器两路合成。仿真结果显示,在1414．5 GHz频率下,设计的功率放大器输出功率大于12 W,功率增益大于8 dB,功率附加效率高于45％。     

GaN HEMT预充电式驱动电路设计

由于传统驱动电路难以发挥新型器件GaN HEMT的高频优势,为了提高电路工作频率,充分利用GaN HEMT特性,设计了一种适用于该器件的驱动电路。经过对比分析GaN HEMT器件和Si MOSFET器件的寄生参数和工作特性,得出GaN HEMT的特点和对驱动电路的要求;采用LTspice软件仿真,描述该驱动电路低损耗和快速性特征,实现高/低电平箝位功能;通过搭建Boost电路,实验验证预充电式驱动电路的有效性。结果表明:在频率500 kHz、输出电压75 V的工作条件下,该驱动电路与谐振式驱动电路相比损耗下降45.8%,可实现GaN HEMT器件在9 ns内开通、15 ns内关断,比独立拉灌式驱动条件下的开关速度分别提高11 ns和24 ns,更能发挥GaN HEMT高频特性,同时该电路还具有高/低电平箝位功能,提高了电路工作可靠性。     

带有源偏置的系统级封装低噪声放大器模块

针对近年来快速发展的多模卫星组合导航技术需求,提出覆盖主流全球卫星导航系统(GNSS)频段(包括GPS、GLONASS、伽利略、北斗)的低噪声放大器模块.该低噪声放大器模块采用SIP封装技术,在一个3 mm×3mm×1mm的塑料封装内集成了低噪声放大器芯片及输入输出匹配电路等片外电路,封装外无需额外分立元件.低噪声放大器芯片采用低噪声的0.25μm GaAs pHEMT工艺流片.在芯片设计中,提出新型的有源偏置电路,可以抵御电源电压和环境温度的波动,使该低噪声放大器模块能够在复杂的环境中稳定工作.测试结果表明,该低噪声放大器模块在工作频段内噪声系数约为0.65dB,增益可达20dB,输入输出回波损耗小于-10dB,中心频率输入三阶互调阻断点为0.6dBm,电源电压为3.3V,功耗为15mW.     

新型结构的HEMT优化设计

该文通过对HEMT物理模型的分析及对之前所设计的HEMT结构的总结,利用TCAD进行仿真,分析了器件中2DEG电子浓度和电子迁移率以及栅漏电流随In含量的变化规律。提出了一种新型结构Al0.3Ga0.7N/AlN/GaN/In0.1Ga0.9N/GaN HEMT,并对栅长0.25μm和栅宽100μm的器件进行了优化设计,器件的栅压为1V时,阈值电压-5.3V,最大漏电流为2 220mA/mm,获得最大跨导为440mS/mm,且在-3.5～-0.5V范围内跨导变化量很小,说明优化后的器件具有良好的线性度。     

基于IEEE802.11a全集成低噪声放大器的设计

针对传统的宽带LNA普遍存在噪声系数大、芯片面积相对较大等不足,采用0.18 μm CMOS工艺设计了一种基于IEEF802.11a的全集成低噪声放大器(LNA),选用源级电感负反馈电路,实现了良好的输入匹配.调整偏置电压和MOS管的宽长比进行了噪声优化.后仿真结果表明,在5.15～5.825 GHz的频带范围内,增益S21大于16.03 dB,增益平坦度为1.51 dB,最大噪声系数和输入三阶截点分别为2.565 dB、-2.15 dBm.采用1.8V电源供电,电路总功耗约为13.29mW.     

W-band 3.4 W/mm GaN power amplifier MMIC

A high power density monolithic microwave integrated circuit (MMIC) power amplifier is presented for W band application. The chip is fabricated using the 100 nm GaN high electron mobility transistor (HEMT) technology on a 50 μm SiC substrate. The amplifier is designed for a high gain and high output power with three stage topology and low-loss impedance matching networks designed with high and low characteristic impedance micro-strips and metal-insulator-metal (MIM) capacitors. And quarter-wave micro-strips are employed for the DC bias networks, while the power amplifier is also fully integrated with bias networks on the wafer.Measurement results show that, at the drain bias of 15 V, the amplifier MMIC achieves a typical small signal gain of 20 dB within the frequency range of 88~98 GHz. Moreover, the saturated output power is more than 250 mW at the continuous-wave mode. At 98 GHz, a peak output power of 405 mW has been achieved with an associated power gain of 13 dB and a power-added-efficiency of 14.4%. Thus, this GaN MMIC delivers a corresponding peak power density of 3.4 W/mm at the W band.     

24~30 GHz GaN HEMT单片集成单刀双掷开关

本文研究了一种基于100 nm氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺设计的24～30 GHz单片集成单刀双掷(SPDT)开关.该开关采用1/4波长微带线并联HEMT开关器件的结构,通过采用两级并联HEMT实现低插入损耗同时获得更好的隔离度.测试结果显示,在24～30 GHz的5G毫米波频段内以及0/-5 V的控制电压下,该开关的插入损耗低于1.5 dB,隔离度优于28 dB,输入功率1 dB压缩点大于27 dBm.测试结果能够很好地验证仿真结果.     

C波段GaN HEMT功率放大器设计

该文介绍了一款应用于38 GHz的大功率超宽带功率放大器。电路设计中采用了键合线连接裸片与微带电路,并对该部分单独进行电磁场仿真。采用渐变微带线的方法实现了宽带匹配,通过HFSS与ADS的联合仿真优化设计,完成了大功率宽频带的功率放大器设计和仿真过程,仿真结果表明在频率38 GHz范围内增益（8．5＆#177;1） dB,1 dB压缩点输出功率为48 dBm最大饱和功率为49．5 dBm。     

Impact of strain relaxation of AlGaN barrier layer on the performance of high Al-content AlGaN/GaN HEMT

Owing to large direct bandgap energy, high saturation drift velocity, large conduction band discontinuities, high thermal stability and strong piezoelectric and spontaneous po- larization[1-4], AlGaN/GaN HEMTs have advantages over electronic devices based on Si, GaAs and their alloys in high-frequency, -temperature and -power applications. Many researches show[5,6] that the characteristics of AlGaN/GaN HEMTs depend on two-dimensional gas (2DEG) in heterostructures which has intimate r…     

20~26 GHz硅基氮化镓可变增益低噪声放大器

基于100 nm硅基氮化镓(GaN)工艺,本文设计并实现了一款工作频段为20～26 GHz且增益平坦的可变增益低噪声放大器(VGLNA).该放大器采用三级共源级级联来实现高增益,并通过调节第二、第三级的栅极偏置实现增益控制.测试结果表明,该放大器在工作频段内实现了超过20 dB的增益可变范围和±1.5 dB的增益平坦度,在增益可变范围内功耗为126 mW至413 mW.在最大增益状态下,该放大器在整个频段内可实现大于20 dB的小信号增益且噪声系数(NF)为2.95 dB至3.5 dB,平均输出1dB压缩点(OP1dB)约为14.5 dBm.该芯片的面积为2 mm~2.     

兼容5G毫米波n257和n258频段的氮化镓低噪声放大器设计研究

基于100 nm的氮化镓(Gallium Nitride, GaN) 高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor, HEMT) 工艺设计了一款毫米波低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA) 单片式微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC) 芯片。该款低噪声放大器采用三级级联的拓扑结构,对带宽、噪声和增益进行了联合优化设计。测试结果显示,工作频率范围覆盖24~30 GHz,可兼顾5G毫米波n257(26.5~29.5 GHz) 和n258(24.25~27.5 GHz) 频段,噪声系数可达到2.4~2.5 dB的水平,小信号增益在21.1~24.1 dB之间,输出1 dB功率压缩点大于14.4 dBm的水平。     

Ni/AlGaN/GaN结构中肖特基势垒温度特性

通过I-V测量研究了AlGaN/GaN异质结构上的肖特基接触与温度的关系.在室温下肖特基势垒高度为0.75 eV,理想因子为2.06.温度升高,肖特基势垒高度增加,理想因子下降,主要原因是受异质结和二维电子气的影响.在正向电流为1 mA时,室温下的正向电压为1.65 V,从室温到300℃范围内正向电压的温度系数为-1.6 mV/℃.