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.     

基于GaAs PHEMT的5～12 GHz收发一体多功能芯片

基于GaAs赝高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一种5～ 12 GHz的收发一体多功能芯片(T/R MFC),其具有噪声低、增益高和中等功率等特点.电路由低噪声放大器和多个单刀双掷(SPDT)开关构成.为了获得较低的噪声系数和较大的增益,低噪声放大器采用自偏置三级级联拓扑结构;为了获得较高的隔离度和较低的插入损耗,SPDT开关采用串并联结构.测试结果表明,在5～ 12 GHz频段内,收发一体多功能芯片的小信号增益大于26 dB,噪声系数小于4 dB,输入/输出电压驻波比小于2.0,1 dB压缩点输出功率大于15 dBm.其中,放大器为单电源5V供电,静态电流小于120 mA;开关控制电压为-5 V/0 V.芯片尺寸为2.65 mm×2.0 mm.     

5 mm高隔离鳍线单刀双掷开关

设计并实现了5 mm(U频段)单刀双掷(Single Pole Double Throw,SPDT)开关模块.该开关模块采用鳍线并联PIN二极管电路结构形式,通过采用一种全新的高隔离度措施,获得高隔离、低插损开关特性.经加工测试,开关模块在50～56 GHz频带内隔离度大于50 dB,插损小于2.3 dB.该模块已应用于5 mm射频组件中.     

基于滤波器设计方法的GaN-on-Si毫米波单刀双掷开关

基于滤波器的设计方法,实现了一款适用于毫米波通信的宽频带单刀双掷（SPDT）开关。为了实现宽频带和低插入损耗,采用100 nm GaN-on-Si HEMT器件及行波式开关设计方法,同时采用四枝节的结构,实现对射频信号的全反射,以此获得更高的隔离度。在0 V和-15 V的栅偏置电压下,在室温环境中测试的结果表明：在30～44 GHz频带内,SPDT开关具有良好的回波损耗,其插入损耗低于1.5 dB,隔离度高于34 dB,并且在36 GHz下的输入1 dB功率压缩点优于39.2 dBm。芯片面积为1.7 mm×1.2 mm。     

毫米波GaAs pin单刀单掷开关单片

采用GaAs pin二极管,完成了15～40GHz的单刀单掷开关单片的设计、制作.GaAs pin二极管SPST开关单片具有低插损、高隔离、高功率的特点,在15～20GHz带内插损0.6dB,驻波优于1.5,隔离度大于40dB;在20～40GHz带内插损小于1.1dB,驻波优于1.35,隔离度大于35dB.pin二极管SPST开关单片的1dB功率压缩点P-1大于2W.GaAs pin二极管开关单片采用MOCVD生长的GaAs 纵向pin二极管材料结构,76mm GaAs圆片工艺加工制作.     

毫米波GaAs pin单刀单掷开关单片

采用GaAs pin二极管,完成了15～40GHz的单刀单掷开关单片的设计、制作.GaAs pin二极管SPST开关单片具有低插损、高隔离、高功率的特点,在15～20GHz带内插损0.6dB,驻波优于1.5,隔离度大于40dB;在20～40GHz带内插损小于1.1dB,驻波优于1.35,隔离度大于35dB.pin二极管SPST开关单片的1dB功率压缩点P-1大于2W.GaAs pin二极管开关单片采用MOCVD生长的GaAs 纵向pin二极管材料结构,76mm GaAs圆片工艺加工制作.     

一种X波段GaAs单片单刀双掷开关

采用0.2μmGaAsPHEMT工艺设计了一种X波段单刀双掷开关单片集成电路。在片测试结果为8～11GHz范围内,隔离度>30dB,在中心频率9.5GHz能够达到45dB,插损<1.2dB。芯片结构非常简单紧凑,仅用了两个并联的PHEMT管。     

基于GaAs PHEMT工艺的Ka波段三通道开关滤波器

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款22～42 GHz的宽带三通道开关滤波器芯片。该开关滤波器由单刀三掷开关、带通滤波器、控制电路构成。开关采用场效应晶体管(FET)串并结合结构实现。带通滤波器采用梳状结构,一端加载金属-绝缘体-金属(MIM)电容实现。芯片集成了2∶4线译码器作为控制电路,实现通道的选择和切换。芯片尺寸为3.0 mm×2.4 mm×0.1 mm。测试结果表明,三个通道的插入损耗均小于8.5 dB,带内回波损耗均小于-10 dB,带外衰减均大于40 dB。该开关滤波器芯片具有插入损耗小、隔离度高、集成度高、阻带宽的特点。     

一种高性能X波段GaAs开关滤波器芯片

基于0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款高性能X波段四路开关滤波器微波单片集成电路(MMIC)芯片。芯片内集成了输入和输出单刀四掷(SP4T)开关、驱动器和带通滤波器,实现了开关滤波功能。输入和输出SP4T开关结构相同,各支路都采用串-并联混合形式实现。驱动器集成在片内,由一位低电平(0～0.4 V)或高电平(3.3～5.5 V)信号控制SP4T开关中某一支路的导通或关断。带通滤波器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,减小滤波器尺寸的同时拓宽了其阻带带宽。该开关滤波器芯片频率覆盖9.85～12.4 GHz,尺寸为4.5 mm×4.5 mm×0.15 mm。探针在片测试结果表明,开关滤波器芯片4个支路的中心插入损耗均小于6.2 dB,通带内回波损耗优于17 dB,典型的带外衰减大于40 dB。     

Ku波段GaN大功率单刀双掷开关设计

基于开关器件的基本工作原理和设计方法,设计了一款GaN大功率Ku波段单刀双掷(SPDT)开关,并着重讨论了GaN大功率开关的耐功率能力.经制作得到不同栅指数、不同单指栅宽的GaN开关器件,测试了其基本性能,并比较了开关器件在GaN工艺与GaAs工艺下的性能差别.Ku波段SPDT开关实测S参数表明,插入损耗小于0.9 dB,隔离度大于27 dB,同时能够承受10W的连续波输入功率;适当牺牲耐功率能力可提升小信号的性能.这款开关可搭配GaN功率放大器与低噪声放大器用于收发组件前端.其尺寸仅有2.0 mm×1.4 mm,满足系统小型化的需求.     

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。     

兆声清洗在GaAs PHEMT栅凹槽工艺中的应用

对GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)在栅凹槽光刻和栅凹槽腐蚀过程中光刻窗口内经常出现的一些沾污颗粒进行了分析.设计了一系列实验来分析残留在芯片上的颗粒度参数,采用4英寸(1英寸=2.54 cm)圆片模拟实际的栅凹槽清洗工艺过程,利用颗粒度测试仪分别测试了4英寸圆片表面不同粒径的沾污颗粒数在喷淋和兆声清洗两种条件下的变化情况.比较两种清洗结果,兆声清洗方法可以有效去除栅凹槽颗粒沾污.在实际流片过程中,采用兆声清洗方法大幅降低了源漏间沟道漏电数值,同时芯片的直流参数成品率由之前的75％提高到了93％.     

沟道应力对GaAs PHEMT材料电性能的影响

设计并用分子束外延(MBE)法制备了不同沟道结构的GaAs PHEMT材料,采用高分辨率X射线双晶衍射仪(DCXRD)、应力测试仪和霍尔测试仪对样品的结晶质量、薄层组分和厚度偏差、应力以及电子迁移率进行了分析表征。探讨了外延片应力与沟道结构的相关性,研究了沟道失配应力对电性能的影响机理。建立了GaAs PHEMT材料热应力引起电子传输特性退化的试验方法,进行了高温和低温存储后材料电性能的演化行为测试,并归纳了热应力引起材料电特性退化的实验结果。结果表明GaAs PHEMT材料经高、低温存储并恢复室温后仍能保持原有电性能,沟道应力对材料电性能的影响主要表现为失配应力。     

GaAs PHEMT工艺V波段有源二倍频器MMIC

基于标准GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计了一个输出频率在V波段的有源二倍频器单片微波集成电路(MMIC),实现了高输出功率和良好的谐波抑制特性.芯片内部集成了180°马逊巴伦、对管变频和输出功率放大器等电路.重点优化设计了马逊巴伦的版图结构,在宽带内具有良好的相位和幅度特性;分析了对管变频结构电路的原理,确定其最佳工作电压在压断电压附近;设计了V波段两级放大器电路,对带内信号放大的同时抑制了带外谐波信号,提高了整个倍频器的输出功率.芯片采用微波探针台在片测试,在外加3.5V电源电压下的工作电流为147 mA;输入功率为14 dBm时,在55～ 65 GHz输出带宽内的输出功率为13 dBm;带内基波抑制大于20 dBc,芯片面积为2.1 mm×1.3 mm.此倍频器MMIC可应用于V波段通信系统和微波测量系统.     

Comparison of OMVPE Grown GaAs/AlGaAs and GaAs/InGaP HEMT and PHEMT structures

Symmetric δ-doped InGaP and AlGaAs PHEMT structures have been grown by organometallic vapor phase epitaxy with properties that approach those of MBE grown AlGaAs structures. The 300 and 77K carrier concentrations for the InGaP PHEMT were 2.72 and 2.56 × 10¹² cm^{2 −2} and the mobilities were 5,920 and 22,000 cm^{2 2}/V.s. These excellent values suggest that problems associated with switching the anion at the channel heterojunction have been overcome. The corresponding values for the AlGaAs PHEMT were 2.51 and 2.19 × 10¹² cm^{2 −2} and 6,500 and 20,400 cm²/V.s. The uniformity in the indium concentration in the InGaAs layer as determined by photoluminescence, photoreflection, double crystal x-ray diffraction, and Rutherford backscattering was found to be good, but the percent In in the AlGaAs pseudo-morphic high electron mobility transistor (PHEMT) was less than that in the InGaP PHEMT even though the programmed values were the same. The uniformity in the doping distribution as determined by secondary ion mass spectroscopy and electrochemical capacitance-voltage measurements was found to be good, but it decreased with distance from the center of the susceptor. Also, most of the dopants in the δ-doped InGaP and AlGaAs layers were activated.     

砷化镓六位串并行驱动器芯片的研制

基于0.25μm砷化镓(GaAs)增强、耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/DPHEMT)工艺,设计并实现了一种串并行驱动器芯片,该芯片应用直接耦合场效应晶体管逻辑结构(DCFL),实现了移位寄存器、锁存器、输出缓冲等数字逻辑电路单片集成.芯片可输入六位串行或并行数据,输出六对互补电平以控制开关、衰减器等砷化镓微波单片集成电路(MMIC).测试结果表明,在5V工作电压下芯片的静态电流为7.6mA,并行输出高电平4.8V,低电平0.1V,传输延迟时间125 ns.驱动器芯片尺寸为2.5 mm×1.45 mm.该电路具有响应速度快、易与砷化镓MMIC集成等特点,可广泛应用于各类多功能电路、组件及模块中.     

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。     

双平面掺杂和单平面掺杂PHEMT器件的性能比较

研制了Al0 .2 4 Ga0 .76 As/ In0 .2 2 Ga0 .78As单平面掺杂PHEMT器件(SH - PHEMT)和双平面掺杂PHEMT器件(DH- PHEMT) ,并对其特性进行了比较.由于采用了双异质结、双平面掺杂的设计,DH- PHEMT能将载流子更好地限制在沟道中,得到更大的二维电子气浓度和更均匀的二维电子气分布,这些都有利于提高器件的性能.因此,DH- PHEMT器件具有更好的线性度,在较大的栅压范围内具有高的跨导和更大的电流驱动能力.这说明DH-PHEMT器件更加适用于高线性度应用的微波功率器件.