一个8GHz高功率AlGaN/GaN HEMT VCO

基于中科院微电子所的AlGaN/GaN HEMT工艺研制了一个X波段高功率混合集成压控振荡器（VCO）。电路采用源端调谐的负阻型结构,主谐振腔由开路微带和短路微带并联构成,实现高Q值设计。在偏置条件为VD=20V, VG=-1.9V, ID=150mA时,VCO在中心频率8.15 GHz处输出功率达到28 dBm,效率21%,相位噪声-85 dBc/Hz@100 KHz,-128 dBc/Hz@1 MHz。调谐电压0~5V时,调谐范围50 MHz。分析了器件闪烁噪声对GaN HEMT基振荡器相位噪声性能的主导作用。测试结果显示了AlGaN/GaN HEMT工艺在高功率低噪声微波频率源中的应用前景。     

一个8 GHz基于AlGaN/GaN HEMT的内匹配电路

论述了一个在8 GHz下基于AlGaN/GaN HEMT功率放大器HMIC的设计、制备与测试.该电路包含了1个10×100 μm的AlGaN/GaN HEMT和输入输出匹配电路.在偏置条件为VDS=40 V、IDS=0.16 A时输出连续波饱和功率在8 GHz达到36.5 dBm(4.5 W),PAE为60%,线性增益10 dB;在偏置条件为VDS=30 V、IDS=0.19 A时输出连续波饱和功率在8 GHz达到35.6 dBm(3.6 W),PAE为47%,线性增益9 dB.     

Ka波段AlGaN/GaN HEMT栅结构仿真研究

为了研究适合Ka波段AlGaN/GaN HEMT的栅结构尺寸,借助二维器件仿真软件Silvaco Atlas,在完善仿真模型的基础上研究了Γ型栅各部分对AlGaN/GaN HEMT特性的影响,包括栅长与短沟道效应的关系、栅与沟道距离对短沟道效应和饱和漏电流的影响,以及栅金属厚度对fmax,栅场板对fT、fmax和内部电场的影响。根据典型器件结构和材料参数的仿真表明,为了提高频率并减轻短沟道效应,栅长应取0.15～0.25μm;减小栅与沟道的距离可略微改善短沟道效应,但会明显降低器件的饱和漏电流,综合考虑栅调制能力、饱和漏电流、短沟道效应三个方面,栅与沟道距离应取10～20nm;为了提高fmax,栅金属厚度应大于0.4μm;缩小栅场板长度可有效提高器件的频率,兼顾Ka波段应用和提高击穿电压,栅场板长度应在0.3～0.4μm左右。仿真得出的器件性能随结构参数的变化趋势以及尺寸数据对于Ka波段AlGaN/GaN HEMT的研究具有参考意义。     

X波段大栅宽高输出功率AlGaN/GaN HEMT的研究

利用MOCVD技术研制了国产SiC衬底的GaN HEMT外延材料,方块电阻小于260 Ω/□,迁移率最大值达到2 130 cm2V-1s-1,方块电阻和迁移率不均匀性小于3%,采用新的器件栅结构和高应力SiN钝化技术,降低了大栅宽器件栅泄漏电流,提高了工作电压.研制的总栅宽为25.3 mm的四胞内匹配器件X波段输出功率达到141.25 W,线性增益大于12 dB,PAE达到41.4%.     

Reflection of the transitional electromagnetic wave by inhomogeneous ionized media having a peak of electron density

The reflection coefficient of an inhomogeneous ionized medium having a peak in electron density is analysed. The result shows the existence of peak influences for the phase term of non-peak linearly varying electron density in the medium. The characteristic of the reflection coefficient phase delay versus frequency is related to the electron density at a peak point and the position of the electron peak. Using this theory we can obtain the electron density distribution map in the inhomogeneous ionized medium. To verify the theory the reflection coefficient is compared with the results from the finite difference time domain method; both results give a good agreement.     

高频功率AlGaN/GaN HEMT 的栅结构优化

本文研究了栅帽、栅源间距对AlGaN/GaN HEMT性能的影响。基于研究结果得出了优化高频功率AlGaN/GaN HEMT栅结构的方法。缩小栅场板可以有效提高器件的增益、截止频率（ft）、最大震荡频率（fmax）。通过减小栅场板长度,栅长0.35 器件的ft达到了30GHz、fmax达到了80GHz。采用tao型栅（栅帽偏向源侧）或者增加栅金属厚度还可以进一步优化 。缩小栅源的距离可以提高饱和漏电流和击穿电压,从而提高器件的输出功率。     

AlGaN/GaN HEMTs器件布局对器件性能影响分析

比较了空气桥跨细栅和空气桥跨栅总线两种源连接结构的1 mm AlGaN/GaN HEMTs器件的特性,对两种结构的管芯进行了等效电路参数提取.测试了两种布局方式下的不同源场板结构器件的射频以及功率性能,比较分析表明,空气桥跨细栅的源连接方式由于有效地降低了栅漏电容以及栅源电容,比空气桥跨栅总线源连接的器件能取得更好的频率特性以及功率特性.     

高性能1mm AlGaN/GaN功率HEMTs研制

报道了基于蓝宝石衬底的高性能1mm AlGaN/GaN HEMTs功率器件.为了提高微波功率器件性能,采用新的欧姆接触和新型空气桥方案．测试表明,器件电流密度为0.784A/mm,跨导197mS/mm,击穿电压大于40V,截止态漏电较小,1mm栅宽器件的单位截止频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz,功率增益为11dB,功率密度为1.2W/mm,PAE为32%,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力．     

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.     

基于蓝宝石衬底的Ku波段3.4W/mm功率AlGaN/GaN HEMT

本文报道了国内第一个基于蓝宝石衬底的ku波段AlGaN/GaN HEMT。器件总栅宽0.5mm,栅长0.35um。漏压30V下器件的ft为20GHz,fmax为75GHz。在漏压30V、连续波测试条件下,器件在14GHz的线性增益为10.4dB,3dB增益压缩的输出功率为1.4W,附加效率41%。在脉冲测试条件下,线性增益12.8dB,3dB增益压缩的输出功率为1.7W,功率密度达到3.4W/mm。     

X波段高输出功率凹栅AlGaN/GaN HEMT

使用自主研制的SiC衬底GaN HEMT外延材料,研制出高输出功率AlGaN/GaN HEMT,优化了器件研制工艺,比接触电阻率小于1.0×10-6Ω·cm2,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.     

X波段高输出功率凹栅AlGaN/GaN HEMT

使用自主研制的SiC衬底GaN HEMT外延材料,研制出高输出功率AlGaN/GaN HEMT,优化了器件研制工艺,比接触电阻率小于1.0×10-6Ω·cm2,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.     

高性能1mm SiC基AlGaN/GaN功率HEMT研制

在6H-SiC衬底上,外延生长了AlGaN/GaN HEMT结构,设计并实现了高性能1mm AlGaN/GaN微波功率HEMT,外延材料利用金属有机物化学气相淀积技术生长.测试表明,该lmm栅宽器件栅长为0.8μm,输出电流密度达到1.16A/mm,跨导为241mS/mm,击穿电压＞80V,特征频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz.5.4GHz连续波测试下功率增益为14.2dB,输出功率达4.1W,脉冲条件测试下功率增益为14.4dB,输出功率为5.2W,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力.     

高性能1mm SiC基AlGaN/GaN功率HEMT研制

在6H-SiC衬底上,外延生长了AlGaN/GaN HEMT结构,设计并实现了高性能1mm AlGaN/GaN微波功率HEMT,外延材料利用金属有机物化学气相淀积技术生长.测试表明,该lmm栅宽器件栅长为0.8μm,输出电流密度达到1.16A/mm,跨导为241mS/mm,击穿电压＞80V,特征频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz.5.4GHz连续波测试下功率增益为14.2dB,输出功率达4.1W,脉冲条件测试下功率增益为14.4dB,输出功率为5.2W,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力.     

High performance AlGaN/GaN HEMTs with 2.4 μm source-drain spacing

This paper describes the performance of AlGaN/GaN HEMTs with 2.4 μm source-drain spacing. So far these are the smallest source-drain spacing AlGaN/GaN HEMTs which have been implemented with a domestic wafer and domestic process. This paper also compares their performance with that of 4μm source-drain spacing devices.The former exhibit higher drain current, higher gain, and higher efficiency. It is especially significant that the maximum frequency of oscillation noticeably increased.     

X-Band GaN Power HEMTs with Power Density of 2.23W/mm Grown on Sapphire by MOCVD

The growth,fabrication,and characterization of 0.2μm gate-length AlGaN/GaN HEMTs, with a high mobility GaN thin layer as a channel,grown on (0001) sapphire substrates by MOCVD,are described.The unintentionally doped 2.5μm thick GaN epilayers grown with the same conditions as the GaN channel have a room temperature electron mobility of 741cm2/(V·s) at an electron concentration of 1.52e16cm-3.The resistivity of the thick GaN buffer layer is greater than 1e8Ω·cm at room temperature.The 50mm HEMT wafers grown on sapphire substrates show an average sheet resistance of 440.9Ω/□ with uniformity better than 96%.Devices of 0.2μm×40μm gate periphery exhibit a maximum extrinsic transconductance of 250mS/mm and a current gain cutoff frequency of 77GHz.The AlGaN/GaN HEMTs with 0.8mm gate width display a total output power of 1.78W (2.23W/mm) and a linear gain of 13.3dB at 8GHz.The power devices also show a saturated current density as high as 1.07A/mm at a gate bias of 0.5V.     

输出功率密度为2.23W/mm的X波段AlGaN/GaN功率HEMT器件

MOCVD技术在蓝宝石衬底上制备出具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/GaN HEMT材料.高迁移率GaN外延层的室温迁移率达741cm2/(V·s),相应背景电子浓度为1.52×1016cm-3;非有意掺杂高阻GaN缓冲层的室温电阻率超过108Ω·cm,相应的方块电阻超过1012Ω/□.50mm HEMT外延片平均方块电阻为440.9Ω/□,方块电阻均匀性优于96％.用此材料研制出了0.2μm栅长的X波段HEMT功率器件,40μm栅宽的器件跨导达到250mS/mm,特征频率fT为77GHz;0.8mm栅宽的器件电流密度达到1.07A/mm,8GHz时连续波输出功率为1.78W,相应功率密度为2.23W/mm,线性功率增益为13.3dB.     

应用于大功率MMIC开关的AlGaN背势垒GaN HEMT

报道了应用于大功率开关的AlGaN背势垒0.25μm GaN HEMT。通过引入AlGaN背势垒,MOCVD淀积在3英寸SiC衬底上的AlGaN/GaN异质结材料缓冲层的击穿电压获得了大幅度的提升,相比于普通GaN缓冲层和掺Fe GaN缓冲层击穿电压提升幅度分别为4倍和2倍。采用具有AlGaN背势垒AlGaN/GaN 外延材料研制的GaN HEMT开关管在源漏间距为2μm、2.5μm、3μm、3.5μm和4μm时,估算得到的关态功率承受能力分别为25.0W、46.2W、64.0W、79.2W和88.4W。基于源漏间距为2.5μm的GaN HEMT开关管设计了DC-12GHz的单刀双掷MMIC开关。该开关采用了反射式串-并-并结构,整个带内插入损耗最大1.0dB、隔离度最小30dB,10GHz下连续波测试得到其功率承受能力达44.1dBm。