86.5GHz下输出功率257mW的 W波段GaN MMIC放大器

我们报道了一个三级W波段GaN MMIC功率放大器。考虑到W波段MMIC的耦合效应,所有的匹配电路和偏置电路都是先进行电路仿真以后,再用3D电磁场仿真软件进行系统的仿真。此MMIC功率放大器在频率为86.5GHz下输出功率能达到257mW,相应的功率附加效率(PAE)为5.4%,相应的功率增益为6.1dB。功率密度为459 mW/mm。另外,此MMIC功率放大器在83 GHz到90 GHz带宽下有100mW以上的输出功率。以上特性都是在漏极电压为12V时测试得到。     

宽带GaN单片功率放大器研究

基于GaN HEMT器件在微波功率方面的优越性能,设计并实现了宽带GaN单片功率放大器.简述了AlGaN/GaN异质结构的优势以及现状,同时结合热分析的方法给出了所选GaN HEMT器件的基本尺寸和性能,并采用ICCAP提取了合适的大信号模型,通过器件性能优选拓扑结构,最终运用宽带匹配的方法并结合较先进的仿真软件设计了一款GaN宽带单片功率放大器.测试结果表明,单片放大器脉冲工作方式下在2～7 GHz频带内,小信号增益G＞18 dB,输入回损＜-10 dB,脉冲饱和输出功率Po＞5 W,功率增益GP＞15 dB,典型功率附加效率25%(测试条件为脉宽100μs,占空比10%).GaN HEMT器件具有较高的功率密度和良好的宽带特点.     

3 mm 波段低噪声放大器

基于InP HEMT在3 mm波段的优越的噪声性能,设计制作了一款3 mm波段InP HEMT低噪声放大器。通过合理设计外延材料结构和器件结构,提高器件性能。测试1~40 GHz器件的S参数和噪声参数以及75~110 GHz器件的S参数,并采用外推的方法建立了器件的噪声模型。电路设计采用ADS仿真软件,采用全版图电磁场仿真保证电路设计的准确性,最终实现了一款3 mm波段低噪声放大器。测试结果显示在92~96 GHz时,带内增益大于20 dB,噪声系数小于4.0 dB。芯片面积3.07 mm×1.75 mm,直流功耗60 mW。     

在半绝缘SiC衬底上制备的S波段2W碳化硅MESFET

介绍了用热壁反应炉在50mm SiC半绝缘衬底上制备的SiC MESFET外延材料.其沟道层厚度约为0.35μm,掺杂浓度约为1.7×1017cm-3.沟道和衬底之间的缓冲层为非有意掺杂的弱n型.欧姆接触用的帽层掺杂浓度约1019cm-3.器件制备采用了ICP刻蚀等技术.微波测试结果表明,1mm栅宽功率器件封装后在2GHz下输出功率达到了2W.     

硅微波功率晶体管镇流电阻的设计

从热稳定条件出发，对扩散镇流电阻的设计进行了详细的计算和分析，讨论了在保证器件增益前提下提高器件热稳定性的措施，器件应用显示出了良好的结果，最后提出了一种新的没有热崩现象存在的高可靠器件的设想。     

AlGaN/GaN HEMT 2DEG电致耦合模型的研究

传统计算AlGaN/GaN异质结二维电子气(2DEG)的方法是根据Hooke定律计算c轴方向压应变与拉应变,然后利用压电模量计算出不依赖于栅压的2DEG,称为非耦合模型计算.提出了一种电致耦合模型来计算2DEG,在计算过程中考虑到弛豫度与附加电场对材料压电效应的影响,结果发现,当Al组分x=0.30时,压电极化电荷密度低于传统方法的计算值,两种模型的计算值相差7.17%,由此可见,当电场作用于材料时,材料产生逆压电效应,最终导致压电极化电荷密度降低.     

4H-SiC同质外延层的质量表征

在高纯半绝缘4H-SiC偏8°衬底上同质外延生长了高质量的外延层,利用X射线双晶衍射、原子力显微镜(AFM)、汞探针C-V以及霍尔效应等测试方法,对样品的结晶质量、表面粗糙度、掺杂浓度以及电子迁移率进行了分析测试,证实外延层的结晶质量相对于衬底有着很大的改善。在同质外延7.5μm的外延层后,其半高宽从衬底的30.55arcsec减小到27.85arcsec;外延层表面10μm×10μm的粗糙度(RMS)为0.271nm;室温下,样品的掺杂浓度为1×1015cm-3时,霍尔迁移率高达987cm2/(V.s);浓度为1.5×1016cm-3时,霍尔迁移率为821cm2/(V.s)。77K时,霍耳迁移率分别为1.82×104cm2/(V.s)和1.29×104cm2/(V.s)。掺杂浓度的汞探针C-V测试结果与霍尔效应的实验数据一致。     

Si(111)衬底上GaN外延材料的应力分析

对Si(111)衬底上GaN外延材料的应力随着低温AlN插入层数的变化进行了分析研究。通过喇曼散射谱在高频E2(TO)模式下的测试分析发现,随着低温AlN插入层数的增加,GaN材料的E2(TO)峰位逐渐接近体GaN材料的E2(TO)峰位(无应力体GaN材料的E2(TO)峰位为568cm-1),计算得出GaN材料的应力从1.09GPa减小到0.42GPa。同时,使用室温光荧光谱进行了分析验证。结果表明,Si衬底上GaN外延材料受到的是张应力,通过低温AlN插入层技术可以有效降低GaN材料的应力,并且最终实现了表面光亮的厚层无裂纹GaN材料。     

X波段GaN HEMT内匹配器件

自主研制的GaN HEMT,栅源泄漏电流从1E-4A量级减小到了1E-6A量级,有效提高了栅漏击穿电压,改善了器件工作特性. 采用MIS结构制作了2.5mm栅宽GaN HEMT,测试频率为8GHz,漏源电压为33V时,器件连续波输出功率为18.2W,功率增益为7.6dB,峰值功率附加效率为43.0%. 2.5mm×4 GaN HEMT内匹配器件,测试频率8GHz,连续波输出功率64.5W,功率增益7.2dB,功率附加效率39%.     

基于再生长欧姆接触工艺的220 GHz InAlN/GaN 场效应晶体管

本文在蓝宝石衬底上研制了具有高电流增益截止频率(f_T)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管 (HFETs)。基于MOCVD外延n -GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(L_sd)缩小至600 nm。此外,采用自对准工艺制备了50 nm直栅。由于器件尺寸的缩小,V_gs= 1 V下器件最大饱和电流(I_ds)达到2.11 A/mm,峰值跨导达到609 mS/mm。小信号测试表明,器件f_T达到220 GHz、最大振荡频率(f_max)达到48 GHz。据我们所知,该f_T值是目前国内InAlN/GaN HFETs器件报道的最高结果。