蝶形天线增强的HEMT室温太赫兹探测器

介绍了一种基于GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的高速、高灵敏度室温太赫兹探测器。在太赫兹波辐射下,HEMT源漏端产生直流光电流,并能被栅压灵敏地调控。探测器中新颖的蝶形天线设计使接收到的太赫兹电场得到显著增强,提高了探测器的响应度。通过测量探测器对不同偏振方向的太赫兹光的响应,有效验证了蝶形天线对太赫兹电场的增强作用。室温下,探测器的等效噪声功率约为5×10-10W/Hz21,平均响应度达42mA/W。实验结果表明,光电流的产生与二维电子气沟道的场效应特性和入射太赫兹波电场在电子沟道中的分布密切相关。自混频理论能很好地描述实验结果。     

基于AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器的340 GHz无线通信接收前端

利用天线耦合AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器的自混频和外差混频效应,分别设计并测试了340 GHz频段直接检波式和外差混频式接收机前端。通过接收机信噪比的测量和接收功率的定标,得到了两种接收机的等效噪声功率。直接检波模式下探测器的响应度约为20 mA/W,直接检波模式和外差混频模式下接收机的等效噪声功率分别约为?64.6 dBm/Hz1/2和?114.79 dBm/Hz。在相同的载波功率和接收信号带宽条件下,当本振太赫兹波功率大于?7 dBm时,外差混频接收的信噪比优于直接检波的信噪比。当本振功率大于0 dBm时,外差混频接收机表现出优良的解调特性,其信噪比高出直接检波接收机的信噪比10 dB以上。     

基于GaN/AlGaN高电子迁移率场效应晶体管的室温太赫兹探测器

本文主要论述一种带平板天线,基于GaN/AlGaN高电子迁移率场效应晶体管的室温太赫兹探测器。太赫兹辐射下,由于天线的作用会在栅下感应出平行沟道和垂直沟道的太赫兹电场,由此在源漏产生强烈依赖于栅压的直流光电流。尽管栅极远离源漏两端,平行沟道和垂直沟道的太赫兹电场依然很强。探测器可以用自混频理论很好的描述。在室温下,探测器的响应度和噪声等效功率分别为100 nW/sqrt（Hz）和 3 mA/W。探测器具有很高的响应速度,在5 KHz的调制下,光电流没有衰减。如果缩少栅极和源漏的距离将进一步提高探测灵敏度。     

HEMT太赫兹探测器响应度和NEP的检测与分析

在0.8～1.1 THz内,对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)太赫兹探测器的响应度和噪声等效功率进行了具体测试和分析。在太赫兹波辐射下,HEMT太赫兹探测器源漏端产生能被栅压灵敏调控的直流光电流。该型探测器在300 K和77 K下的电流响应度分别为83 mA/W和4.1 A/W,电压响应度分别为4 kV/W和50 kV/W,噪声等效功率分别达到22 pW/Hz0.5和1 pW/Hz0.5。采用两种较为典型的测量方法,通过对实验结果的比较,确定了影响该类型探测器的响应度和噪声等效功率的主要因素,并提出了增强响应度和降低噪声等效功率的具体措施。     

基于肖特基二极管的太赫兹准光探测器设计方法与成像性能研究

设计了一款太赫兹准光探测器, 该探测器主要由砷化镓肖特基二极管芯片以及高阻硅透镜组成.为了减小所设计芯片的欧姆损耗, 将天线图案生长在了半绝缘砷化镓层上.在335～350GHz频率范围内, 准光探测器的实测电压响应率为1360～1650V/W, 双边带变频损耗为10.6～12.5dB.对应估算的等效噪声功率为1.65～2pW/Hz1/2.基于所设计的准光探测器进行了成像实验, 该实验分别在直接检波和外差探测两种模式间进行, 成像结果表明所设计的太赫兹准光探测器能够满足太赫兹成像方面应用.     

一个8GHz高功率AlGaN/GaN HEMT VCO

基于中科院微电子所的AlGaN/GaN HEMT工艺研制了一个X波段高功率混合集成压控振荡器（VCO）。电路采用源端调谐的负阻型结构,主谐振腔由开路微带和短路微带并联构成,实现高Q值设计。在偏置条件为VD=20V, VG=-1.9V, ID=150mA时,VCO在中心频率8.15 GHz处输出功率达到28 dBm,效率21%,相位噪声-85 dBc/Hz@100 KHz,-128 dBc/Hz@1 MHz。调谐电压0~5V时,调谐范围50 MHz。分析了器件闪烁噪声对GaN HEMT基振荡器相位噪声性能的主导作用。测试结果显示了AlGaN/GaN HEMT工艺在高功率低噪声微波频率源中的应用前景。     

基于AlGaN/GaN场效应晶体管的太赫兹焦平面成像传感器

太赫兹波成像技术在人体安检、医学成像、无损检测等领域具有广泛的应用前景。文中面向高速、高灵敏度和便携式太赫兹成像应用需求,设计实现了一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管自混频检测机制的太赫兹焦平面成像传感器。该焦平面成像传感器由探测器阵列芯片和CMOS读出电路通过倒装互连实现,阵列规模达到3232。探测器阵列中具有对管差分功能的像元设计通过提高探测器的电压响应度和抑制共模电压噪声,提高了焦平面成像的灵敏度。焦平面成像传感器的输出模拟信号通过片外的模数转换（ADC）芯片转化为数字信号,由现场可编程门阵列（FPGA）采集后通过Camera Link图像数据与通信接口发送到计算机。利用该焦平面成像传感器,演示实现了太赫兹光斑、太赫兹干涉环和太赫兹光照下的旋转塑料叶片的视频成像,帧频达到30 Hz。     

基于二维碲烯的太赫兹光电探测器

制备了金属-碲烯-金属的太赫兹光电探测器,实现了毫米波-太赫兹波下的光探测。结果表明,基于对数天线碲烯的太赫兹光电探测器在零偏压下具有较高的光响应率（40 mA /W,0.12 THz）,响应时间为8 μs,噪声等效功率（NEP）为4 pW·Hz^-0.5。研究结果为高性能室温太赫兹光探测提供了一种新的发展路径。     

液氮制冷的AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器阵列特性研究

为充分发挥AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 (High-Electron-Mobility Transistor, HEMT)太赫兹探测器阵列的高电子迁移率优势,文中研究了HEMT太赫兹探测器阵列在77 K下的探测特性。使用液氮杜瓦为降温主体搭建了适用于焦平面 (Focal-Plane Array, FPA)芯片的低温系统,实现了对焦平面芯片常温与低温下的对比测试。温度从300 K降到77 K时,探测器阵列像元的平均响应度提高近3倍,平均噪声有小幅增大,340 GHz时平均噪声等效功率 (Noise Equivalent Power, NEP)从45.1 pW/Hz1/2降低到了19.4 pW/Hz1/2,灵敏度提高两倍以上。与硅透镜耦合的单元探测器相比,阵列像元的灵敏度提升仍有较大空间。主要是由于各像素点最佳工作电压的不一致,导致在给定统一工作电压下像元间的响应度和噪声都表现出较大的离散性,文中讨论了降低最佳工作电压离散度的可能解决方案。     

基于CMOS的高响应度太赫兹探测器线阵

本文提出了一种基于CMOS 0.18μm工艺的改进型高响应度太赫兹探测器线阵,各探测像素单元由高增益片上天线、高耦合度差分自混频功率探测电路和集成电压放大器组成。其中,差分探测电路利用源极差分驱动场效应管的交叉耦合电容,将太赫兹差分信号耦合至场效应管的栅极与源极,增强场效应管沟道内自混频太赫兹信号的强度,实现高响应度。其次,该探测器配备高增益片上环形差分天线与集成电压放大器,可有效放大混频后的信号,进而提高系统信噪比,最终达到增强探测器响应度的目的。探测器1×3线阵系统充分利用CMOS工艺多层结构的特点,将电压放大器布置在天线地平面下方,提高了芯片面积的利用率,有效降低了制作成本,整个系统的面积为0.5 mm²。测试结果表明,当场效应管的栅极偏置为0.42 V时,该探测系统对0.3 THz辐射信号的电压响应度(Rv)最大可达到43.8 kV/W,对应的最小噪声等效功率(NEP)为20.5 pW/Hz^1/2。动态测试结果显示该探测器可对不同材质的隔挡物进行区分。     

An 8 GHz high power AlGaN/GaN HEMT VCO

A high power X-band hybrid microwave integrated voltage controlled oscillator(VCO) based on Al-GaN /GaN HEMT is presented.The oscillator design utilizes a common-gate negative resistance structure with open and short-circuit stub microstrip lines as the main resonator for a high Q factor.The VCO operating at 20 V drain bias and-1.9 V gate bias exhibits an output power of 28 dBm at the center frequency of 8.15 GHz with an efficiency of 21%.Phase noise is estimated to be -85 dBc/Hz at 100 kHz offset and -1...     

The effect of surface passivation on the microwave characteristicsof undoped AlGaN/GaN HEMTs

Surface passivation of undoped AlGaN/CaN HEMT's reduces or eliminates the surface effects responsible for limiting both the RF current and breakdown voltages of the devices. Power measurements on a 2×125×0.5 μm AlGaN/GaN sapphire based HEMT demonstrate an increase in 4 GHz saturated output power from 1.0 W/mm [36% peak power-added efficiency (PAE)] to 2.0 W/mm (46% peak PAE) with 15 V applied to the drain in each case. Breakdown measurement data show a 25% average increase in breakdown voltage for 0.5 μm gate length HEMT's on the same wafer. Finally, 4 GHz power sweep data for a 2×75×0.4 μm AlGaN/GaN HEMT on sapphire processed using the Si₃N₄ passivation layer produced 4.0 W/mm saturated output power at 41% PAE (25 V drain bias). This result represents the highest reported microwave power density for undoped sapphire substrated AlGaN/GaN HEMT's     

微波功率AlGaN/GaN HEMT的研究进展

文章论述了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波功率领域应用的优势,详细介绍了微波功率AlGaN/GaN HEMT的工艺进展以及器件的直流和频率特性,评述了其最新进展及今后发展方向.     

S波段T/R组件用GaN功率放大器链的设计(英文)

基于Si衬底AlGaN/GaN HEMT器件的功率放大器链是下一代S波段相控阵雷达T/R组件的核心部分。研制的S波段放大器链主要由驱动放大器和功率放大器组成,驱动放大器与功率放大器都是基于Si衬底AlGaN/GaN HEMT器件的混合集成电路。基于混合集成电路的放大器链获得了高的输出峰值功率和附加功率(PAE),整个放大器链输出功率在800 MHz频率范围内大于20 W,附加效率(PAE)大于50%。     

高击穿电压AlGaN/GaN HEMT电力开关器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,GaN材料在各个应用领域的研究工作都受到了高度的重视。概述了基于AlGaN/GaN HEMT结构的新型高压、高频、低损耗电力开关器件的最新研究进展。从器件的结构特征入手,详细介绍了改善器件击穿特性的途径、高频开关特性的研究情况、Si衬底上AlGaN/GaN HEMT结构材料的生长、增强型器件的制备技术和功率集成电路的研究等几个国际上的热点问题。最后,对该项研究面临的问题及未来的发展趋势做了展望。