L波段GaN HEMT器件的研制

基于标准工艺自主研制了L波段0.5μm栅长的GaN HEMT器件。该器件采用了利用MOCVD技术在3英寸(1英寸=2.54 cm)SiC衬底上生长的AlGaN/GaN异质结外延材料,通过欧姆接触工艺的改进将欧姆接触电阻值控制在了0.4Ω·mm以内,采用场板技术提高了器件击穿电压,采用高选择比的刻蚀工艺得到了一定倾角的通孔,提高了器件的散热能力及增益。结果表明,采用该技术研制的两胞内匹配GaN HEMT器件在工作频率1.5~1.6 GHz下,实现了输出功率大于66 W、功率增益大于15.2 dB、功率附加效率大于62.2%。     

X波段GaN HEMT内匹配器件

自主研制的GaN HEMT,栅源泄漏电流从10-4 A量级减小到了10 -6 A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内配配器件,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%.     

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GaN HEMT的L波段600 W内匹配功率管设计

采用两只总栅宽100 mm的0.5μm工艺GaN HEMT功率管芯,通过合理选择目标阻抗、合理设计输出匹配网络,实现了一款输出功率达到600 W的L波段内匹配功率管.在+36 V、-2 V工作电压下,1.14～1.26 GHz内,功率管输出功率≥600 W,功率增益≥12 dB,功率附加效率≥55％,体积仅为33 mm...     

C波段GaN HEMT内匹配功率放大器

基于通信对功率放大器的宽带和高效率的需求,给出了一款C波段GaN HEMT内匹配功率放大器的设计过程。该器件由2个3 mm栅宽的GaN功率管芯和制作在Al_2O_3陶瓷基片上的输入输出匹配电路组成。通过调节键合丝和电容,实现了功率放大器在4.4~5.0 GHz,5.2~5.9 GHz和6.0~6.6 GHz三个典型工程应用频段的设计,功放在这3个典型工程应用频段内输出功率均大于43 d Bm(20 W),附加效率大于60%,功率增益大于10 d B,充分显示了GaN功率器件宽带、高效率的工作性能。     

C波段大功率GaN HEMT内匹配器件

基于GaN微波功率器件工艺制作了大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,通过负载牵引及建模技术提取了管芯的输入阻抗、输出阻抗.采用二项式多节阻抗匹配变换器实现了宽带功率分配器及合成器电路的制作,通过采用LC网络提升了管芯输入阻抗、输出阻抗,加入了稳定网络,实现了50 Ω阻抗匹配.采用高热导率金属陶瓷外壳,提高了器件散热能力.最终研制成功大功率GaN HEMT内匹配器件,器件采用四胞管芯功率合成技术,总栅宽为40 mm.测试结果表明,频率为4.5～4.8 GHz,脉宽300μs,占空比10％,工作电压VDSs为28 V,器件的输出功率大于120 W,功率附加效率大于50％,功率增益大于11 dB.     

X波段60W高效率GaN HEMT功率MMIC

研制了一款采用0.25μm GaN功率MMIC工艺研制的X波段高效率功率放大器芯片。芯片采用三级放大拓扑结构设计。末级匹配电路采用电抗匹配方式兼顾输出功率和效率,同时优化驱动级和末级管芯栅宽比以及级间匹配电路,降低驱动级管芯电流。通过这两种技术途径有效提高芯片的功率附加效率。输入级和级间匹配电路采用有耗匹配方式,扩展工作带宽以及提高稳定性。芯片在8~12GHz频带范围内漏压28V,脉宽100μS,占空比10%工作条件下输出功率达到47.5~48.7dBm,功率增益大于20dB,功率附加效率40%~45%。芯片面积3.5mm×3.8mm,单位面积功率密度为5.57 W/mm2,连续波条件下热阻为1.7K/W。     

L波段350W AlGaN/GaN HEMT器件研制

基于高纯半绝缘碳化硅衬底,采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺生长了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料.室温下霍尔测试结果表明,外延层二维电子气迁移率为1 950cm2/ (V·s),方块电阻为350 Ω,电阻均匀性为3％.通过优化工艺降低了欧姆接触电阻,提高了器件工作效率.采用源场板结合栅场板的双场板技术和增大源漏间距,提高了器件击穿电压.优化了背面减薄和背面通孔技术,提高了器件散热能力.采用阻抗匹配技术提升了芯片阻抗.最终采用预匹配技术和金属陶瓷封装技术成功制作50 mm栅宽的AlGaN/GaNHEMT器件.直流测试结果表明,器件击穿电压高达175 V.微波测试结果表明,在50 V工作电压、1.3 GHz下,器件输出功率达350 W,功率附加效率达81％,功率增益大于13 dB.     

基于AlGaN/GaN HEMT的X波段内匹配功率合成放大器的设计

利用内匹配和功率合成技术设计了X波段AlGaN/GaN HEMT功率合成放大器.电路包含有四个AlGaN/GaN HEMT和制作在Al2O3陶瓷基片上的输入输出匹配电路.在偏置条件VDS=30 V,IDS=700 mA时8 GHz测出连续波饱和输出功率达到Pat=40 dBm(10 W),最大PAE=37.44%,线性增益9 dB.     

基于GaN HEMT的X波段连续波内匹配功率管设计

采用内匹配技术,使用两枚GaN HEMT 晶体管,在X 波段8.0~8.5 GHz 频段内,设计并实现了一种高可靠性、高功率附加效率的功率放大器。基于南京电子器件研究所提供的晶体管及负载牵引数据,并结合“L-C-L”匹配网络以及威尔金森功率分配/ 合成器,对晶体管的输入和输出阻抗进行了相应匹配,使得其端口阻抗均为50 Ω。最终通过两胞合成的方式实现了在目标频段内,栅电压-2.2 V、漏电压24 V,连续波工作状态下,所设计功率放大器输出功率高于20 W、功率增益大于10 dB、功率的附加效率大于49.7%。其中,在8.1~8.4 GHz,该功率放大器功率附加效率超过52%,优于我国现有相近频段内匹配功率放大器的功率附加效率,并通过实验验证了该设计方案的可靠性。     

S 波段GaN HEMT 宽带逆F 类高效率功率放大器设计

提出一种宽频带GaN HEMT 逆F 类功率放大器设计方法,并完成S 波段高效率功率放大器的研制。首先对改进的GaN HEMT Angelov 大信号缩放模型进行分析,确定功放管栅宽模型参数;然后通过输出电容补偿、负载牵引技术获得最佳输入、输出阻抗,设计谐波控制网络实现对谐波阻抗的峰化;最后基于宽频带、高效率原则完成电路仿真版图优化。为验证该方法,基于国产GaN HEMT(栅宽1. 25mm)设计了一款中心频率2. 9GHz,带宽大于40% 的高效率逆F 类功放,测试结果表明频带内输出功率均大于3W、漏极效率达到60%。     

基于GaN HEMT的S波段小型化内匹配功率管设计

采用总栅宽36 mm的0.5 um工艺GaN HEMT功率管芯,通过合理选择目标阻抗、优化匹配网络,设计了一款包含扼流电路的S波段小型化内匹配功率管.在+48 V、-3.1 V工作电压下,2.7～3.4 GHz内,功率管输出功率≥250 W,功率增益≥12 dB,功率附加效率≥60％,尺寸仅为15 mm×6.6 mm×...     

L波段GaN大功率高效率准单片功率放大器

研制了一款基于NEDI 0.25μm GaN功率MMIC工艺的L波段大功率高效率准单片功率放大器。采用两级拓扑结构,以准单片形式实现。输入采用有耗匹配网络提高芯片的稳定性,级间和末级匹配均采用无耗纯电抗网络,其中末级匹配电路通过低损耗陶瓷电路实现。合理规划前级与末级间推动比,降低前级漏电流,减小末级匹配损耗,优化谐波匹配,实现大功率高效率设计。芯片在28V脉冲电压下工作,在1.2~1.4GHz范围内,实测输出功率大于49dBm,功率增益大于25dB,功率附加效率达到73%。管芯部分及输入匹配电路采用GaN功率MMIC工艺制作,输出匹配电路采用低损耗陶瓷片介质加工,两块电路键合一起总面积8.0mm×5.6mm。     

S波段大功率、高效率GaN HEMT器件研究

基于国产的SiC衬底GaN外延材料,研制出大栅宽GaN HEMT单胞管芯。通过使用源牵引和负载牵引技术仿真出所设计模型器件的输入输出阻抗,推导出本器件所用管芯的输入输出阻抗。使用多节λ/4阻抗变换线设计了宽带Wilkinson功率分配/合成器,对原理图进行仿真,优化匹配网络的S参数,对生成版图进行电磁场仿真,通过LC T型网络提升管芯输入输出阻抗。采用内匹配技术,成功研制出铜-钼-铜结构热沉封装的四胞内匹配GaN HEMT。在频率为2.7～3.5 GHz、脉宽为3 ms、占空比为50%、栅源电压Vgs为-3 V和漏源电压Vds为28 V下测试器件,得到最大输出功率Pout大于100 W(50 dBm),PAE大于47%,功率增益大于13 dB。     

S波段GaN高效率内匹配功率放大器的设计与实现

本文研究了一种S波段320W GaN内匹配功率放大器.该器件基于自主研发36V工作的GaN HEMT管芯.以负载牵引结果为出发点,运用电子仿真技术对管芯进行了基波匹配,并针对管芯二次谐波阻抗进行了匹配优化,最终用功率分配/合成器进行了四路功率合成.在工作电压36V,占空比20%,脉宽400μs测试条件下,3.0~3.5GHz频段内输出功率大于320W(55dBm),功率增益大于14dB,功率附加效率大于62%.     

C波段高效率GaN HEMT功率放大器

通过负载牵引测试验证了源端二次谐波对器件效率的影响,同时又进一步验证了输出谐波匹配对放大器的作用。基于此结果,研制了两款采用0.25μm工艺的GaN功率MMIC 4.0~5.6GHz高效率放大器芯片,芯片采用二级放大的结构。第一款输出级只考虑基波的匹配;第二款输出级匹配电路兼顾二次和三次谐波进行匹配。两款的末前级均考虑二次谐波的匹配,同时级间优化推动比,进一步提高效率。输入级和级间匹配电路采用有耗匹配,提高稳定性。芯片在4.0~5.6 GHz范围内漏压28 V,脉宽100μs,占空比10%条件下输出功率41dBm,功率增益20~21dB,功率附加效率分别在48%和45%以上。芯片面积3.9mm×3.3mm。     

致冷L波段低噪声HEMT放大器

本文介绍致冷L波段HEMT放大器的设计与测量结果。室温下,放大器的最低噪声温度为34.4K,当致玲到15K时,在1.0到1.5GHz的频带内,放大器的平均噪声温度为2.1K,最低噪声温度为1.5K增益为34.8±0.7dB,反射损耗20log 1/|S_(11)|大于10dB。     

C波段75W GaN HEMT高效率功率放大器MMIC

报道了一款基于0.25μm GaN HEMT工艺的C波段75 W高效率功率放大器MMIC。为提高功率增益,芯片的整体拓扑结构设计为三级。在末级输出匹配电路上设计了一个高效电抗式匹配拓扑,在末级管芯输入匹配电路上运用了谐波控制技术,同时利用GaN HEMT器件大信号模型来优化驱动比,通过这三种技术途径有效提高了芯片的附加效率。为扩展工作带宽及提高稳定性,其他匹配电路采用有耗匹配方式。在漏压28 V、脉宽100μs、占空比10%的工作条件下,芯片在4.8～6.0 GHz频带范围内,典型输出功率达到75 W(最高81 W),增益大于25.5dB,附加效率大于51%(最高55%),芯片面积为3.8 mm×5.5 mm。     

X波段GaN千瓦级功率放大器的设计

为满足新型雷达对千瓦级大功率放大器的需求,采用0.25μm GaN HEMT工艺研制了一款输出功率大于2 000 W的X波段内匹配功率放大器。通过背势垒层结构与双场板结构提高器件击穿电压,使GaN HEMT管芯的工作电压达到60 V。通过负载牵引得到管芯最优阻抗,采用T型匹配网络和功率分配/合成器将管芯阻抗匹配到50Ω。在工作电压60 V、占空比1‰、脉宽5μs测试条件下,9.0～9.4 GHz频段内输出功率大于2 000 W,最大功率密度达到10.4 W/mm,功率增益大于7 dB,功率附加效率大于37.2%。     

X波段高输出功率凹栅AIGaN／GaN HEMT

使用自主研制的SiC衬底GaNHEMT外延材料，研制出高输出功率A1GaN／GaNHEMT，优化了器件研制工艺，比接触电阻率小于1．0×10^-6Ω·cm^2，电流崩塌参量小于10％，击穿电压大于80V．小栅宽器件工作电压达到40V，频率为8GHz时输出功率密度大于10W／mm．栅宽为2mm单胞器件，工作电压为28V，频率为8GHz时，输出功率为12．3W，功率增益为4．9dB，功率附加效率为35％．四胞内匹配总栅宽为8mm器件，工作电压为27V时，频率为8GHz时，输出功率为33．8W，功率增益为6．3dB，功率附加效率为41．77％，单胞器件和内匹配器件输出功率为目前国内该器件输出功率的最高结果．