Ka波段GaN HEMT功率器件

设计了Ka波段GaN功率高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料及器件结构,采用AlN插入层提高了二维电子气(2DEG)浓度.采用场板结构提高了器件击穿电压.采用T型栅工艺实现了细栅制作,提高了器件高频输出功率增益.采用钝化工艺抑制了电流崩塌,提高了输出功率.采用通孔工艺减小源极寄生电阻,通过优化钝化层厚度减小了寄生电容,提高了器件增益.基于国产SiC外延材料及0.15 μm GaN HEMT工艺进行了器件流片,最终研制成功Ka波段GaN HEMT功率器件.对栅宽300 μm器件在29 GHz下进行了微波测试,工作栅源电压为-2.2V,源漏电压为20 V,输入功率为21 dBm时,器件输出功率为30 dBm,功率增益为9 dB,功率附加效率约为43％,功率密度达到3.3 W/mm.     

Ni含量对PHEMT欧姆接触的影响

研究了AuGeNi/Au金属系统中Ni含量对n-GaAs欧姆接触的影响,用传输线法对接触电阻进行了测试,在原子力显微镜观测了合金表面形貌,测试了高温存储后接触电阻的变化.结果表明:Ni含量占AuGe的8%wt左右,Ge与Ni的厚度比在1.6:1左右时,可以得到相对比较好的欧姆接触.     

C波段60W GaAs大功率内匹配晶体管

报道了一种采用内匹配技术制作的GaAs大功率晶体管。通过管芯的结构设计和工艺优化,进行了GaAs微波大栅宽芯片的研制;通过内匹配技术对HPFET(high performance FET)管芯进行阻抗匹配,实现了器件的大功率输出;通过提高栅-漏击穿电压、降低饱和压降等手段提高器件的功率和附加效率。经测试,当器件Vds=10V时,在5.3~5.7GHz频段输出功率P0≥47.8dBm(60.3W),功率附加效率PAE≥42.8%,其中在5.5GHz频率点,输出功率达到48dBm(63.1W),附加效率为46.8%。     

超宽带SiC MESFET器件的研制

采用中国电子科技集团公司第十三研究所自主外延材料及标准工艺平台制作了SiC MESFET芯片,采用管壳内匹配及外电路匹配相结合的方法,制作了超宽带SiC MESFET器件。优化了管壳内匹配形式,采用内匹配技术提高了器件输入阻抗及输出阻抗,采用外电路匹配的方法对器件阻抗进行了进一步提升。通过对输出匹配电路的优化实现了超宽带功率输出。优化了外电路偏置电路,消除了栅压调制效应,提高了电路稳定性。栅宽5 mm器件,脉宽为100μs、占空比为10%脉冲工作,工作电压VDS为48 V,在0.8～2.0 GHz频带内脉冲输出功率为15.2 W(41.83 dBm),功率密度达到3.04 W/mm,功率增益为8.8 dB,效率为35.8%,最终实现了超宽带大功率器件的制作。     

P波段3kW GaN功率器件的研制

介绍了一款高压高功率GaN功率器件及其匹配电路。基于国内高压GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的研究基础,选取了GaN HEMT芯片,确定了器件的总栅宽。根据GaN HEMT芯片阻抗,器件内部进行了LC谐振匹配设计,外部采用双边平衡同轴巴伦进行推挽匹配设计。散热方面通过改善封装管壳热沉材料提高热导率。最终成功研制出高压、3 kW的GaN功率器件,该器件在工作电压为60 V、工作频率为0.35~0.45 GHz、脉宽为300μs、占空比为10%条件下,频带内输出功率大于3 kW、功率增益大于16 dB、功率附加效率大于71%、抗负载失配能力不小于10∶1。     

GaAs高效率高线性大功率晶体管

介绍了一种GaAs高效率高线性大功率晶体管的设计、制作和性能,包括材料结构设计、电路的CAD优化设计、功率合成技术研究等。通过管芯的结构设计、材料优化,进行了GaAs微波大栅宽芯片的研制;通过内匹配技术对HPFET(high performance FET)管芯进行阻抗匹配,实现了器件的大功率输出;通过提高栅-漏击穿电压、降低饱和压降等手段提高器件的功率和附加效率;通过严格控制栅凹槽的宽度,实现了较好的线性特性。测试结果表明,器件在5.3~5.9GHz频段内,P1dB为45W,功率附加效率ηadd为41%,实现了预期的设计目标。     

8.9W/mm高功率密度SiC MESFET器件研制

基于自主研发的碳化硅(SiC)材料外延技术,优化了材料各层结构及参数,减小了Al记忆效应,最终得到了高质量SiC外延片。采用自主研发成熟的SiC MESFET工艺平台,制作了多凹栅器件结构,优化了凹槽尺寸,采用细栅制作技术完成了栅电极制作,最终得到了不同栅宽的SiC MESFET芯片。突破了大栅宽芯片流片、封装及大功率脉冲测试技术,研制成功了微波功率特性良好的MESFET器件。微波测试结果表明,在2 GHz脉冲条件下,0.25 mm栅宽器件,输出功率密度达到8.96 W/mm,功率附加效率达到30%。单胞20 mm大栅宽器件,3.4 GHz脉冲条件下,功率输出达到94 W,功率附加效率达到22.4%。     

ICP刻蚀在GaAs p-i-n工艺中的应用

基于GaAs p-i-n器件的制造工艺,介绍了器件制造过程中关键工艺步骤p-i层的去除方法,并总结分析了在p-i层去除过程中不同的方法对工艺结果造成的影响。分别采用了湿法腐蚀和干法刻蚀的方法制作了器件,结果表明采用湿法腐蚀的方法去除p-i层时,由于腐蚀的各项异性造成的影响无法消除,会影响器件的性能。阐述了影响干法刻蚀的设备因素和工艺因素,讨论分析了不同的气体、腔体的真空度以及不同的功率对最终结果的影响。最终得到刻蚀均匀、稳定的干法刻蚀条件,将ICP干法刻蚀工艺引入GaAs p-i-n器件制造。     

国外GaN功率器件衬底材料和外延技术研发现状

GaN基功率器件的衬底和外延技术的发展对于器件性能的提升和成本的降低起着非常重要的作用.介绍了国外SiC基、Si基以及新型金刚石基GaN功率器件衬底材料和GaN外延技术的研发现状.重点讨论了大尺寸衬底技术(6英寸SiC衬底、8英寸Si衬底)、GaN HEMT与Si CMOS器件异质集成技术以及金刚石基GaN HEMT材料集成技术的研发进展.分析了GaN功率器件材料技术的发展趋势,认为更大尺寸更高质量衬底和外延材料制作、外延技术的改进、金刚石等新型衬底材料研发以及GaN基材料与Si材料的异质集成技术等将是未来研究的重点.     

太赫兹 InP HEMTs 的神经网络建模方法

包含新技术、新材料的非传统器件的不断涌现使现有的模型已不能完全表征THz 器件的特性。而采用神经网络 建模的方法,可极大地提高建模的效率和精确度,解决一系列传统模型所无法解决的问题,是一种新型的CAD 建模方法。 本文采用神经网络空间映射的方法,在传统的粗模型的基础上对输入信号进行有效地修正,从而得到适合太赫兹器件的 精确模型,器件的截止频率Ft 和最高振荡频率Fmax 分别为220GHz 和310GHz。模型在直流IV 和1-110GHz 范围内的S 参数与测试结果吻合较好,比传统粗模型的精度有了较大的提高。