硅脉冲微波功率器件增益退化机理研究

介绍了硅双极型微波功率晶体管的发展历史和应用现状.针对硅脉冲微波功率器件增益退化的失效模式,通过对硅脉冲微波功率器件直流参数的统计分析,初步得出了其失效机理.     

微波功率器件的应用与进展

微波功率器件广泛应用于无线通信、雷达与电子对抗、军事装备以及医疗电子等系统中.本文介绍了微波功率器件的发展历程和应用领域,重点介绍了LDMOS、GaAs HV-HBT, SiC MESFET 和GaN HEMT等新型微波功率器件的特性与应用,并对下一代电子系统中的新型功率器件应用前景进行了讨论.     

3.1~3.4GHz 120W硅脉冲功率晶体管

硅微波功率器件因其具有功率大、可靠性好、工作电压低等优点,在通讯、雷达等诸多系统中有着广泛的应用.随着系统向小型化、高机动化、高可靠方向发展,要求单只器件的输出功率尽可能大.因此硅微波功率器件也在不断向大功率方向发展.     

用于微波功率器件的层级式片上功率合成技术

提出了一个包含版图分布参数和引线寄生参数在内的微波功率HBT的宏模型,建立了通过微波仿真进行器件结构优化的技术方法.基于以上模型和方法,较为全面地评估了实际器件中各寄生参数对器件输出功率的影响,继而提出了片上功率合成的层级式技术方案.数值计算指出,采用该方案,在相同版图面积并且器件的线性度等关键性指标得到保证的情况下,可有效地提高SiGe HBT的功率容量.     

S波段连续波SiC功率MESFET

利用国产SiC外延材料和自主开发的SiC器件工艺加工技术,实现了SiC微波功率器件在S波段连续波功率输出大于10W、功率增益大于9dB、功率附加效率不低于35%的性能样管,初步显现了SiC器件在S波段连续波大功率、高增益方面的优势。与以往的硅微波功率器件相比,在同样的频率和输出功率下,SiC微波功率器件的体积不到Si器件的1/7,重量不到Si器件的20%,其功率增益较Si器件提高了3dB以上,器件效率也得到了相应的提高。同时由于SiC微波功率器件的输入、输出阻抗要明显高于Si微波功率器件,在一定程度上可以简化或不用内匹配网络来得到比较高的微波功率增益,这就为器件的小体积、低重量奠定了基础,也为器件的大功率输出创造了条件。     

改善微波功率器件可靠性的方法

微波功率器件因其具有体积小、可靠性高等优点而被广泛地运用在了微波通讯系统、遥测系统、雷达、电子对抗和导航等领域.但是,由于硅微波双极功率器件的结比较浅、基区比较窄,因而其击穿电压往往较低,从而对器件的大功率输出和抗烧毁能力造成了一定的不利影响.因此,从提高击空电压、镇流电阻设计、降低基区电阻设计、预匹配的选择和宽带半导体材料的采用等方面对提高硅微波双极功率器件的可靠性的具体措施进行了研究,对于改善硅微波双极功率器件的性能、提高其可靠性具有重要的指导意义.     

微波功率器件及其材料的发展和应用前景

本文介绍了微波功率器件的发展和前景,对HBT、MESFET和HEMT微波功率器件的材料的特点和选取,以及器件的特性和设计做了分类说明。着重介绍了SiGe合金、InP、SiC、GaN等新型的微波功率器件材料。并对目前各种器件的最新进展和我国微波功率器件的研制现状及与国外的差距做了概述与展望。     

微波功率晶体管的热失效分析

微波功率晶体管是微波功率放大器中的核心器件,其热性能在很大程度上决定于封装管芯的管壳.针对某型号的微波功率晶体管在进行生产筛选的功率老化试验时出现的热失效问题进行分析与讨论,最终确定器件管壳内用于烧结管芯的氧化铍(BeO)上的多层金属化层存在质量缺陷,使管芯到BeO的热阻增大,因此出现了老化时部分器件失效现象.提出了预防措施,既可避免损失,也能保证微波功率晶体管在使用中的可靠性.     

凹槽栅场调制板结构AlGaN/GaN HEMT

研制的SiC衬底上的AlGaN/GaN微波功率HEMTs,采用凹槽栅和场调制板结构有效抑制了器件的电流崩塌,提高了器件的击穿电压和器件的微波功率特性.研制的1mm栅宽器件在8GHz,34V工作电压下,饱和输出功率达到了9.05W,功率增益为7.5dB,功率附加效率为46%.     

GaAs微波功率FET的可靠性与功率特性的关系

采用射频最大饱和漏电流和射频击穿电压解释了影响GaAs微波功率FET功率特性的主要因素,GaAs FET栅漏间半导体表面负电荷的积累在引起器件电流偏移的同时还导致器件微波功率特性的退化,GaAs微波功率FET的可靠性和功率特性相互关联,高可靠的GaAs微波功率FET一定具有高性能的功率特性。在器件工艺中对表面态密度和陷阱能级密度严格控制是实现GaAs微波功率FET的高功率特性和高可靠性的关键。