采用功率测量负载牵引的阻抗匹配方法

介绍了典型功率测量负载牵引系统组成,以及验证系统准确性的AG.方法.通过调节输入输出阻抗,得到微波功率晶体管在4 GHz频率下的匹配阻抗,从而得到了器件在4 GHz条件大信号下真实性能,最大输出功率为22 dBm、最高效率为60%、并给出了输出电流和增益等,为器件和电路的优化设计提供了有力的帮助.     

X波段大功率GaN HEMT的研制

在研制了AlGaN/GaN HEMT外延材料的基础上,采用标准工艺制作了2.5mm大栅宽AlGaN/GaNHEMT。直流测试中,Vg=0V时器件的最大饱和电流Ids可达2.4A,最大本征跨导Gmax为520mS,夹断电压Voff为-5V;通过采用带有绝缘层的材料结构及离子注入的隔离方式,减小了器件漏电,提高了击穿电压,栅源反向电压到-20V时,栅源漏电在10-6A数量级;单胞器件测试中,Vds=34V时,器件在8GHz下连续波输出功率为16W,功率增益为6.08dB,峰值功率附加效率为43.0%;2.5mm×4四胞器件,在8GHz下,连续波输出功率42W,功率增益8dB,峰值功率附加效率34%。     

Al沉积时间对Si衬底GaN材料的影响

通过改变高温AlN形核层生长时提前通入TMAl的时间,分别在Si(111)衬底上生长了4个1μm厚的GaN样品,并对每个样品的GaN外延材料进行了分析研究。通过显微镜观察发现,Al的沉积时间为12 s时,GaN材料表面光亮,基本没有裂纹。另外通过喇曼谱和光荧光谱(PL)测试得出,随着生长初期Al沉积时间的增加(8～15 s),GaN外延层的水平应力逐渐减小(由1.28 GPa减小到0.67 GPa),Al的沉积时间为12 s时GaN外延材料的应力较小。同时,GaN材料(002)和(102)晶面的X射线衍射摇摆曲线表明,Al的沉积时间为12 s时GaN外延材料的晶体质量最好。     

高温形核层对蓝宝石衬底AlN薄膜质量的影响

采用两步生长模式的金属有机化学气相沉积方法在蓝宝石衬底上外延生长AlN薄膜,通过高分辨X射线衍射和原子力显微镜分析方法,研究发现蓝宝石衬底上外延生长的AlN薄膜晶体质量与高温AlN形核层的形核密度及晶粒大小密切相关,而形核密度决定于高温AlN形核层的初始铝体积流量,晶粒的大小取决于其厚度。优化了高温AlN形核层的初始铝体积流量和厚度等工艺参数。当高温AlN形核层的初始铝体积流量为30 cm3/min、生长时间为9 min时,高温AlN形核层的形核密度和晶粒大小最优,外延生长的AlN薄膜位错密度最低,表面最平整,晶体质量最好。     

电子级金刚石材料生长及其MESFET器件特性

采用直流电弧喷射法制备了电子级自支撑金刚石材料。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察金刚石膜表面形貌,用Raman光谱仪和X射线衍射仪进行晶体分析及表征,结果表明,金刚石薄膜为(110)择优取向,厚度均匀,电学性能稳定。研究了抛光转速和压力对金刚石膜抛光效率的影响,抛光处理后金刚石表面粗糙度(R ms)为0.569 nm。采用氢等离子体处理方法对该样品进行处理形成p型表面沟道,并采用自对准工艺制作出具有射频特性的金刚石场效应晶体管,其饱和电流密度为330.9 mA/mm,电流截止频率f T为9.3 GHz,最大振荡频率f max为18.5 GHz。     

蓝宝石衬底上Ka波段AlN/GaN高电子迁移率晶体管

We report the DC and RF characteristics of AlN/GaN high electron mobility transistors(HEMTs) with the gate length of 100 nm on sapphire substrates. The device exhibits a maximum drain current density of 1.29 A/mm and a peak transconductance of 440 m S/mm. A current gain cutoff frequency and a maximum oscillation frequency of 119 GHz and 155 GHz have been obtained, respectively. Furthermore, the large signal load pull characteristics of the AlN/GaN HEMTs were measured at 29 GHz. An output power density of 429 m W/mm has been demonstrated at a drain bias of 10 V. To the authors’ best knowledge, this is the earliest demonstration of power density at the Ka band for Al N/Ga N HEMTs in the domestic, and also a high frequency of load-pull measurements for Al N/Ga N HEMTs.     

S波段SiC MESFET多胞大功率合成技术研究

优化了芯片版图结构,采用常规工艺制作了SiC MESFET大栅宽芯片。优化了管壳内芯片装配形式,采用电容及电感匹配网络提高了器件阻抗,提高了器件增益。设计并优化了3 dB电桥输入及输出匹配电路,保证了器件最大功率输出及工作稳定性。最终采用管壳内四胞合成及外电路3 dB电桥合成的方法,突破了S波段SiC MESFET多胞大功率合成技术,实现了器件脉冲输出功率达百瓦量级。四胞26 mm大栅宽芯片合成封装后的器件,在测试频率2 GHz、工作电压VDS为56 V、脉宽为50μs、占空比为1.5%工作时,脉冲输出功率为300.3 W,增益为9.2 dB,漏极效率为36.6%,功率附加效率为32.2%。     

高效率X波段GaN MMIC功率放大器的研制

突破了GaN MMIC功率放大器的设计、制造、测试等关键技术,研制成功X波段GaN MMIC功率放大器。设计及优化了电路拓扑结构及电路参数,放大器芯片采用了国产外延材料及标准芯片制作工艺。单片功率放大器包含两级放大电路,采用了功率分配及合成匹配电路,输入输出阻抗均为50Ω。制作了微波测试载体及夹具,最终实现了X波段GaN MMIC功率放大器微波参数测试。在8.7～10.9 GHz频率范围内,该功率放大器输出功率大于16 W,功率增益大于14 dB,增益波动小于0.4 dB,输入驻波比小于2∶1,功率附加效率大于40%,带内效率最高达52%。     

大功率SiC MESFET内匹配技术及测试电路研究

采用管壳内匹配及外电路匹配相结合的方法,成功制作四胞合成大功率高增益SiC MESFET.优化了芯片装配形式,采用内匹配技术提高了器件输入、输出阻抗.优化了测试电路结构,成功消除了输入信号对栅极偏置电压的影响,提高了电路稳定性.四胞器件在脉宽为300 μs、占空比为10%脉冲测试时,2 GHz Vds=50 V脉冲输出功率为129 W(51.1 dBm),线性增益为13.0 dB,功率附加效率为31.4%.     

高性能SiC整流二极管研究

在n型4H-SiC单晶导电衬底上制备了具有MPS(merged p-i-n Schottky diode)结构和JTE(junction termination extension)结构的肖特基势垒二极管。通过高温离子注入及相应的退火工艺,进行了区域性p型掺杂,形成了高真空电子束蒸发Ni/Pt/Au复合金属制备肖特基接触,衬底溅射Ti W/Au并合金做欧姆接触,采用场板和JTE技术减小高压电场集边效应。该器件具有良好的正向整流特性和较高的反向击穿电压。反向击穿电压可以达到1300V,开启电压约为0.7V,理想因子为1.15,肖特基势垒高度为0.93eV,正向电压3.0V时,电流密度可以达到700A/cm2。