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.     

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.     

非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT

报道了研制的AlGaN/GaN微波功率HEMT,该器件采用以蓝宝石为衬底的非掺杂AlGaN/GaN异质结构,器件工艺采用了Ti/Al/Ni/Au欧姆接触和Ni/Au肖特基势垒接触以及SiN介质进行器件的钝化.研制的200μm栅宽T型布局AlGaN/GaN HEMT在1.8GHz,Vds=30V时输出功率为28.93dBm,输出功率密度达到3.9W/mm,功率增益为15.59dB,功率附加效率(PAE)为48.3%.在6.2GHz,Vds=25V时该器件输出功率为27.06dBm,输出功率密度为2.5W/mm,功率增益为10.24dB,PAE为35.2%.     

8W AlGaN/GaN HEMT功率器件的研制

报道了基于国产衬底以及国产外延的AlGaN/GaN HEMT X波段功率器件的研究进展.利用国产衬底以及外延材料,优化了器件栅场板的结构,研制成功栅长0.35μm,栅宽为lmm的微波功率器件.该器件输出电流密度达到0.83A/mm,击穿电压大于100V,跨导为236mS/mm,截止频率(fT)达到30GHz,最大振荡频率(fmax)为32GHz,8GHz下在片进行连续波测试,漏端电压为40V时测试得到功率增益4.9dB,输出功率达8W,功率附加效率(PAE)为45%.     

8W AlGaN/GaN HEMT功率器件的研制

报道了基于国产衬底以及国产外延的AlGaN/GaN HEMT X波段功率器件的研究进展.利用国产衬底以及外延材料,优化了器件栅场板的结构,研制成功栅长0.35μm,栅宽为lmm的微波功率器件.该器件输出电流密度达到0.83A/mm,击穿电压大于100V,跨导为236mS/mm,截止频率(fT)达到30GHz,最大振荡频率(fmax)为32GHz,8GHz下在片进行连续波测试,漏端电压为40V时测试得到功率增益4.9dB,输出功率达8W,功率附加效率(PAE)为45%.     

蓝宝石衬底上槽栅型X波段增强型AlGaN/GaN HEMT

研制了一款X波段增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。在3英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上采用低损伤栅凹槽刻蚀技术制备了栅长为0.3μm的增强型AlGaN/GaN HEMT。所制备的增强型器件的阈值电压为0.42 V,最大跨导为401 mS/mm,导通电阻为2.7Ω·mm。器件的电流增益截止频率和最高振荡频率分别为36.1和65.2 GHz。在10 GHz下进行微波测试,增强型AlGaN/GaN HEMT的最大输出功率密度达到5.76 W/mm,最大功率附加效率为49.1%。在同一材料上制备的耗尽型器件最大输出功率密度和最大功率附加效率分别为6.16 W/mm和50.2%。增强型器件的射频特性可与在同一晶圆上制备的耗尽型器件相比拟。     

C波段高效率30W功率放大器研制

随着第三代半导体GaN器件技术的不断发展,GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)功率器件在电子系统中逐步得到了广泛应用。GaN功率器件具有工作效率高、功率密度大和击穿场强高的特点,非常适合用于大功率、连续波功率放大器设计。基于GaN功率器件大信号模型,采用Microwave Office 2009微波设计软件对功率放大器进行仿真优化,设计并研制出了C波段高效率30 W连续波功率放大器。该放大器功率器件采用了CREE公司C波段GaN HEMT功率器件,实现放大器尺寸为190 mm×50 mm×15 mm,端口阻抗为50Ω。放大器在5 650~5 950 MHz频带内、28 V工作条件下,连续波输出功率大于30 W,增益大于45 dB,效率大于30%。     

一种V波段高效率5W GaN功率放大器MMIC

基于0.13μm SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,设计了一款V波段GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。该功率放大器MMIC采用三级放大拓扑结构以满足增益需求;使用高低阻抗微带传输线进行阻抗匹配,通过威尔金森功分器/合成器完成功率放大器的末端功率合成;通过对晶体管宽长比的设计与多胞晶体管的合成,实现了功率放大器的高功率稳定工作和高效率输出。经过测试,在59～61 GHz频率范围内,在占空比为20%、脉宽为100μs时,该功率放大器MMIC的饱和输出功率达到37 dBm以上,功率附加效率(PAE)大于21.1%,功率增益大于17 dB;连续波测试条件下输出功率大于36.8 dBm, PAE大于21%。该设计在输出功率和PAE上具有一定的优势。     

基于GaN HEMT的Doherty功率放大器设计

设计一款基于GaN HEMT的S波段Doherty功率放大器(DPA)。主放大器是采用GaN HEMT设计的AB类功放,辅助放大器是GaN HEMT的C类功放。利用ADS对电路进行仿真,单音测试结果表明,DPA工作频率在2.3~2.4 GHz,输入功率为29 dBm时,工作增益不小于14 dB,输出功率大于43 dBm,功率附加效率超过65%。分析了辅助放大器偏置电压对DPA性能的影响,偏置电压变小,DPA的效率和线性度较好。     

大脉宽高效率S波段功率放大器的研制

采用内匹配的技术,利用了GaN HEMT功率芯片研制了一款应用在S波段的大脉宽、大功率、高效率的功率放大器。放大器最终实现了1 ms脉宽、30%占空比、在600 MHz的带宽下脉冲输出功率大于150W、附加效率大于55%的设计目标,印证了GaN功率器件的优越性能和广泛应用前景。     

An X-band four-way combined GaN solid-state power amplifier

An X-band four-way combined GaN solid-state power amplifier module is fabricated based on a self-developed AlGaN/GaN HEMT with 2.5-mm gate width technology on SiC substrate. The module consists of an Al-GaN/GaN HEMT, Wilkinson power hybrids, a DC-bias circuit and microstrip matching circuits. For the stability of the amplifier module, special RC networks at the input and output, a resistor between the DC power supply and a transistor gate at the input and 3λ/4 Wilkinson power hybrids are used for the cancellation of low frequency self-oscillation and crosstalk of each amplifier. Under V_(ds)= 27 V, V_(gs) = -4.0 V, CW operating conditions at 8 GHz, the amplifier module exhibits a line gain of 5 dB with a power added efficiency of 17.9%, and an output power of 42.93 dBm; the power gain compression is 2 dB. For a four-way combined solid-state amplifier, the power combining efficiency is 67.5%. It is concluded that the reduction in combining efficiency results from the non-identical GaN HMET, the loss of the hybrid coupler and the circuit fabricating errors of each one-way amplifier.     

微波功率AlGaN/GaN HEMT的研究进展

文章论述了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波功率领域应用的优势,详细介绍了微波功率AlGaN/GaN HEMT的工艺进展以及器件的直流和频率特性,评述了其最新进展及今后发展方向.     

AlGaN/GaN HEMTs on SiC for high power broadband applications up to 40 GHz

An overview of properties and recent achievements for AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMT) on semi-insulating SiC substrate is given towards high power and broadband applications up to a frequency of 40 GHz. Starting from epitaxial growth and process technology we present state-of-the-art power results obtained at the Fraunhofer Institute (IAF) from AlGaN/GaN HEMTs on SiC. Further, a one-stage 16 GHz MMIC power amplifier circuit with 1.6 W output power is presented. This result represents the first AlGaN/GaN MMIC on SiC fabricated in Europe.     

功率合成电路在氮化镓放大器中的应用

针对氮化镓大功率放大器,由于传统1/4λ枝节线的电桥互耦造成放大器的直流自激和低频自激,在传统1/4λ传输枝节的Wilkinson电桥的基础上,结合氮化镓器件尺寸,设计出以3/4λ传输枝节的Wilkinson电桥为功率分配器/合成器。其输出端口尺寸为27.2mm。在8GHz～9GHz内,插入损耗<1dB,输出端口隔离度>14dB,端口回波损耗>9dB。利用实验室自制的SiC材料衬底的2.5mm栅宽GaN HEMT器件为放大单元,设计完成了两路合成放大器,在8GHz连续波条件下,放大器饱和输出功率为41.46dBm,合成效率为82.3%。通过分析发现,放大器合成效率的下降主要是由每路放大单元特性不一致和功率合成网络损耗所造成的。     

C波段0.75mm AlGaN/GaN功率器件

研制并测试了以蓝宝石作衬底的10×75μm×0.8μm AlGaN/GaN微波器件,采用等离子增强气相化学沉积的方法生长了250nm的Si3N4形成钝化层,直流特性从0.56A/mm上升到0.66A/mm,跨导从158mS/mm增为170mS/mm,截止频率由10.7GHz增大到13.7GHz,同时在4GHz下,Vds＝25V, Vgs＝-2.5V,输出功率由0.90W增至1.79W,输出功率密度达到2.4W/mm. 钝化有效地改善了器件的输出特性,减小和消除了表面寄生栅对器件的影响.     

高击穿电压AlGaN/GaN HEMT电力开关器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,GaN材料在各个应用领域的研究工作都受到了高度的重视。概述了基于AlGaN/GaN HEMT结构的新型高压、高频、低损耗电力开关器件的最新研究进展。从器件的结构特征入手,详细介绍了改善器件击穿特性的途径、高频开关特性的研究情况、Si衬底上AlGaN/GaN HEMT结构材料的生长、增强型器件的制备技术和功率集成电路的研究等几个国际上的热点问题。最后,对该项研究面临的问题及未来的发展趋势做了展望。     

A coplanar X-band AlGaN/GaN power amplifier MMIC on s.i. SiC substrate

This work presents a two-stage high-power amplifier monolithic microwave integrated circuit (MMIC) operating between 9 GHz and 11 GHz based on a fully integrated AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) technology on s.i. SiC substrate and is suitable for radar applications. The MMIC device with a chip size of 4.5/spl times/3 mm/sup 2/ yields a linear gain of 20 dB and a maximum pulsed saturated output power of 13.4 W at 10 GHz equivalent to 3.3 W/mm at V/sub DS/=35V, 10% duty cycle, and a gain compression level of 5 dB. Further, dc reliability data are given for the MMIC HEMT technology.     

A Ku-band high power density AlGaN/GaN HEMT monolithic power amplifier

A high power density monolithic power amplifier operated at Ku band is presented utilizing a 0.3μm AlGaN/GaN HEMT production process on a 2-inch diameter semi-insulating（SI） 4H-SiC substrate by MOCVD. Over the 12-14 GHz frequency range,the single chip amplifier demonstrates a maximum power of 38 dBm（6.3 W）, a peak power added efficiency（PAE） of 24.2%and linear gain of 6.4 to 7.5 dB under a 10%duty pulse condition when operated at V_ds = 25 V and V_gs = -4 V.At these power levels,the amplifier exhibits a power density in excess of 5 W/mm.     

具有平坦增益的X波段GaN单片功率放大器

A flat gain two-stage MMIC power amplifier with a 2.8 GHz bandwidth is successfully developed for X band frequency application based on a fully integrated micro-strip Al Ga N/Ga N HEMT technology on a semiinsulating Si C substrate. Designed with a binary-cluster matching structure integrated with RC networks and LRC networks, the developed power MMIC gets a very flat small signal gain of 15 d B with a gain ripple of 0.35 d B over 9.1–11.9 GHz at the drain bias of 20 V. These RC networks are very easy to improve the stability of used Ga N HEMTs with tolerance to the MMIC technology. Inside the frequency range of 9–11.2 GHz where the measurement system calibrated, the amplifier delivers a pulsed output power of 39 d Bm and an associated power added efficiency of about 20% at 28 V without saturation, as the available RF power is limited.