φ76mm GaAs有源器件模型库

采用基于测量S参数和直流参数的工程模型与微波在片测试技术,建立与φ76mm GaAs工艺线直接结合的GaAs器件(MESFET,PHEMT)的MMIC CAD适用器件模型及模型库,并通过对不同种类GaAs MMIC的设计研制进行了验证与改进,模拟结果和测试结果基本一致.目前此模型和模型库已用于φ76mm GaAs工艺线上多种微波GaAs单片的设计研制.     

76mm GaAs有源器件模型库

采用基于测量 S参数和直流参数的工程模型与微波在片测试技术 ,建立与76 mm Ga As工艺线直接结合的Ga As器件 (MESFET,PHEMT)的 MMIC CAD适用器件模型及模型库 ,并通过对不同种类 Ga As MMIC的设计研制进行了验证与改进 ,模拟结果和测试结果基本一致 .目前此模型和模型库已用于76 m m Ga As工艺线上多种微波 Ga As单片的设计研制 .     

0.2～30GHz GaAs FET开关模型的提取与验证

在GaAs单片微波集成电路(MMIC)设计中,准确的器件模型对于提高电路设计成功率和缩短电路研发周期起着重要作用。首先采用标准的GaAs MMIC工艺制造出不同栅指数和单位栅宽的开关PHEMT器件,然后对加工的开关电路在"开"态(Vgs=0 V)和"关"态(Vgs=-5 V)进行宽频率范围内的测量,基于测量结果建立起一个参数化的GaAs PHEMT开关等效电路模型,最后通过单刀单掷(SPST)开关来验证参数化模型。应用该参数化模型设计的电路实测与仿真结果基本吻合,证明参数化的GaAs PHEMT模型是可用的。该模型可用于30 GHz以下GaAs PHEMT工艺开关MMIC电路仿真设计。     

毫米波数控移相器的设计与制作

移相器是毫米波相控阵雷达收发系统重要电路,基于安捷伦IC-CAP软件及砷化镓原片工艺线,研究了砷化镓毫米波开关器件测试、建模技术及其应用。采用0.15μm GaAs PHEMT工艺成功制作了一款Ka波段5位数控移相器MMIC,对毫米波数控移相器MMIC集成电路的设计、制作过程进行了阐述,并给出了测试结果。电路设计采用了开关滤波拓扑结构,运用微波探针在片测试系统对芯片进行了实测,在34~36 GHz范围内获得了优异的电性能。给出了移相器的测试曲线,32态均方根移相误差(RMS)5°,插入损耗典型值8 dB,输入/输出电压驻波比系数典型值2,芯片尺寸为2.5 mm×1.5 mm×0.1 mm。     

小型化低相噪FBAR压控振荡器的研制

利用薄膜声体波谐振器(FBAR),结合GaAs异质结双极晶体管(HBT)工艺研制了一款小型化低相噪FBAR压控振荡器。将振荡三极管、偏置电路及隔离缓冲放大器集成到一个GaAs单片微波集成电路(MMIC)中,振荡管基极接薄膜电感形成负阻,发射极通过键合线与FBAR进行互连。将GaAs单片集成电路的大信号模型作为一个非线性器件,用探针台测试FBAR谐振器的单端口S参数,导入ADS软件进行谐波平衡法仿真和优化;通过电路制作和调试,达到了预期设计目标。该FBAR压控振荡器中心频率为2.44 GHz,调谐带宽15 MHz,单边带相位噪声达-110 dBc/Hz@10 kHz,与同频段同轴介质压控振荡器指标相当,但其尺寸更小,仅为5 mm×7 mm×2.35 mm。     

14W X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

报道了研制的SiC衬底AIGaN/GaN HEMT微带结构微波功率MMIC,芯片工艺采用凹槽栅场板结构提高AlGaN/GaNHEMTs的微波功率特性.S参数测试结果表明AlGaN/GaN HEMTs的频率特性随器件的工作电压变化显著.研制的该2级功率MMIC在9～11GHz带内30V工作,输出功率大于10W,功率增益大于12dB,带内峰值输出功率达到14.7W,功率增益为13.7dB,功率附加效率为23%,该芯片尺寸仅为2.0mm×1.1mm.与已发表的X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC研制结果相比,本项工作在单位毫米栅宽输出功率和芯片单位面积输出功率方面具有优势.     

Ku频段3W GaAs大功率MESFET

<正>GaAs MESFET以其良好的射频特性及高的可靠性,已广泛用于卫星通信及各种电子系统中。为满足各种整机应用的需要,南京电子器件研究所已研制出Ku频段大功率GaAs MESFET。 器件由该所的φ50mm GaAs工艺研制线承制,运用了先进的第二代GaAs加工技术,提高了器件参数的一致性及可靠性。该器件的芯片选用标准单胞的多胞并联的标准化结构,采用φ50mm GaAs单晶片上全离子注入的全平面工艺,有源层掺杂浓度为1.7×10~(17)cm~(-3),并采用稳定性好的多层/耐熔金属化结构。工艺中还采用了可控性好的干法生长与刻蚀,SiO_xN_y表面钝化保护,稳定性好且寄生参数小的“Г”形栅势垒,源空气桥互联,热特性好及寄生参数小的背面通孔,薄GaAs衬底和电镀热沉等先进工艺,有效地提高了芯片参数的均匀性和成品率,加快了器件的研制周期。     

GaAs PHEMT开关模型的研究

论述了GaAs PHEMT开关器件的建模,介绍了利用微波电路设计软件ADS建立GaAs PHEMT开关模型的方法,给出了模型模拟与器件测量的曲线和模型参数.提取开关模型是研制控制电路的关键,特别是对于MMIC电路.一种0.5μm GaAs PHEMT开关器件模型已开发成功,并集成在ADS环境中,可为各类开关、衰减器和移相器等微波控制电路提供可靠的器件模型,提高电路设计精度.     

14W X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

报道了研制的SiC衬底AIGaN/GaN HEMT微带结构微波功率MMIC,芯片工艺采用凹槽栅场板结构提高AlGaN/GaNHEMTs的微波功率特性.S参数测试结果表明AlGaN/GaN HEMTs的频率特性随器件的工作电压变化显著.研制的该2级功率MMIC在9～11GHz带内30V工作,输出功率大于10W,功率增益大于12dB,带内峰值输出功率达到14.7W,功率增益为13.7dB,功率附加效率为23%,该芯片尺寸仅为2.0mm×1.1mm.与已发表的X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC研制结果相比,本项工作在单位毫米栅宽输出功率和芯片单位面积输出功率方面具有优势.     

基于GaAs PHEMT工艺的60~90GHz功率放大器MMIC

研制了一款60~90 GHz功率放大器单片微波集成电路(MMIC),该MMIC采用平衡式放大结构,在较宽的频带内获得了平坦的增益、较高的输出功率及良好的输入输出驻波比(VSWR)。采用GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)标准工艺进行了流片,在片测试结果表明,在栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,功率放大器MMIC的小信号增益大于13 dB,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,功率放大器的小信号增益均大于15 dB。载体测试结果表明,栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,该功率放大器MMIC饱和输出功率大于17.5 dBm,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,其饱和输出功率可达到20 dBm。该功率放大器MMIC尺寸为5.25 mm×2.10 mm。     

Ka波段GaAs耿氏单片压控振荡器

介绍一个以GaAs Gunn器件为振荡元件的Ka波段微波单片压控振荡器(MMIC VCO)。它以工艺相容的Schottky二极管为调谐元件,采取微带耦合的电路形式。该MMIC VCO制作在5mm×3mm的GaAs芯片上,其中包含了一个Gunn管、一个变容管、匹配网络以及两个直流偏置。单片测试结果:在34.6GHz下得到了3.03mW的输出功率,最大电调带宽90MHz。这是国内Ka波段MMIC VCO的首次报道,其性能接近国外1987年的实验室研制水平;同时也是国内首片毫米波段的MMIC。采用了TOUCHSTONE软件包,进行了毫米波段电路的CAD优化尝试,取得了较为满意的结果。     

毫米波单刀双掷开关的设计与制作

以0.25μm GaAs PHEMT为基础,介绍了微波单片集成电路开关模型的设计、测试及建模过程,并以此平台开展了单刀双掷开关芯片的设计与研制.讨论了PHEMT开关建模的重要性,解决了建模中的关键问题,包括开关的设计、测试系统的校准、模型参数的提取,建立了毫米波范围内高精度的等效电路模型.单刀双掷开关的设计采用了并联式反射型电路拓扑,开关的测试采用了微波探针在片测试系统,在18～30 GHz获得了优异的电性能,插入损耗IL≤1.5 dB,输入/输出驻波比VSWR≤1.5:1,关断状态下的隔离度ISO≥30 dB,芯片尺寸为1.2 m/mm×1.8 mm×0.1 mm.     

16.5～20GHz PHEMT单片功率放大器

采用南京电子器件研究所的 76 mm Ga As的 PHEMT单片技术 ,进行了 1 6 .5～ 2 0 GHz的 PHEMT MMIC的设计与研制。其中 PHEMT器件选用双平面掺杂 Al Ga As/In Ga As/Ga As PHEMT异质结结构 ,0 .5μm栅长的 76 mm Ga As工艺制作。在 MMIC设计中 ,准确的器件模型是设计 Ku波段单片的关键。为了保证单片研制的成功 ,利用 Agilent软件进行了 PHEMT器件模型的提取。模型可直接应用于 HP- EESOF Libra软件中 ,进行线性和非线性分析。PHEMT单片放大器采用三级有耗匹配放大器拓扑 ,输入和输出端口匹配至 50 Ω,CPW形式引…     

0.25μm GaAs基MHEMT器件

采用普通接触曝光研制成栅长为0.25μm的GaAs基InAlAs/InGaAs变组分高电子迁移率晶体管(MHEMT),测得其跨导为522mS/mm,沟道电流密度达490mA/mm,截止频率为75GHz,比同样工艺条件下GaAs基InGaP/InGaAs PHEMT的性能有很大的提高.对该器件工艺及结果进行了分析,提取了器件的交流小信号等效电路模型参数,并提出了进一步得到高稳定性、高性能器件的方法.     

0.2μm T形栅技术在10Gbps激光驱动电路研制中的应用

0.2μm T形栅制作技术在100mm GaAs激光驱动电路芯片研制中获得了成功的应用.优化的栅制作工艺保证了形貌良好的栅线条,获得了优良的晶体管直流参数和高频性能.栅工艺重复性好,整片内器件性能均匀一致,确保了电路的成功研制.实际电路测试结果表明,在100mm GaAs片上制备的PHEMT驱动电路的芯片测试合格率达到70%以上,可靠性良好.     

紧凑型Ka波段PHEMT微波单片集成VCO

设计并流片制作了基于GaAs PHEMT工艺的Ka波段微波单片集成压控振荡器(MMIC VCO).该VCO具有紧凑、宽电调谐带宽及高输出功率的特点.提出了缩小芯片面积及增大调谐带宽的方法,同时还给出了设计MMIC VCO的基本步骤.该方法设计并流片制做的MMIC VCO的测量结果为:振荡频率为36±1.2GHz,输出功率为10士1dBm,芯片面积为1.3mm×1.0mm.     

基于GaAs pin工艺的开关滤波器组芯片

基于GaAs pin工艺,研制了频率覆盖9.9～ 14.2 GHz的三通道开关滤波器组单片微波集成电路(MMIC)芯片.开关滤波器组由输入/输出pin单刀三掷开关、带通滤波器组和pin开关偏置电路组合而成,集成在面积为4 mm×4 mm的GaAs衬底芯片上.每个支路的pin开关都采用串-并混合结构,控制电压-5 V时开关导通,+5V时开关截止.带通滤波器均采用分布参数梳状线结构,开路端加载金属-绝缘体-金属(MIM)电容减小了滤波器的尺寸.经探针台在片测试,结果表明,开关滤波器组MMIC芯片的三个通道中心插损为3.5～4.0 dB,1 dB相对带宽为16％ ～ 19％,35 dB与1 dB矩形系数比为1.9～2.2.     

GaAs微波单片集成电路中器件的精确建模

论述了精确模型的建立对于微波单片集成电路研制和产品开发的重要意义 ,介绍了工程模型的概念和提取模型的方法 ,给出了在南京电子器件研究所进行的 MMIC有源器件的建模实例及验证结果。     

9～15GHz GaAs E-PHEMT高性能线性功率放大器

基于0.15 μm GaAs增强型赝配高电子迁移率晶体管(E-PHEMT)工艺,研制了一款用于5G通信和点对点传输的高性能线性功率放大器单片微波集成电路(MMIC).采用栅宽比为1:4.4的两级放大结构保证了电路的增益和功率指标满足要求;基于大信号模型实现了最优输入输出阻抗匹配:采用电磁场仿真技术优化设计的MMIC芯片尺寸为2.5 mm×1.1 mm.芯片的在片测试结果表明,静态直流工作点为最大饱和电流的35％、漏压为5V的条件下,在9 ～15 GHz频率内,MMIC功率放大器小信号增益大于20 dB,1 dB压缩点输出功率不小于27 dBm,功率附加效率不小于35％,功率回退至19 dBm时三阶交调不大于-37 dBc.     

国外微波,毫米波半导体器件,单片集成电路的最新进展及其商业市场前景

简要叙述了国外微波、毫米波半导体器件的近期进展及一些新型器件的研制状况.介绍了正实施中的美国国防部MIMICⅡ阶段计划以及新近低嗓声和功率MMIC放大器的参数水平,并俯瞰了美国GaAs生产线的现状和进展.最后简要综述了国外GaAs MMIC商用市场的前景.