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时间:2009-04-16 08:35:40来源:半导体技术作者:张志国,冯震,武继宾,王勇,蔡树军,杨克武

0 引言

GaN微波单片集成电路(MMIC)具有高工作电压、高输出功率、频带宽、损耗小、效率高、体积小、抗辐照等特点,具有诱人的应用前景,成为国内外许多研究机构的研究热点。德国R.Behtash等人制作出X波段GaN MMIC,工作电压30V,工作频率10 GHz时,输出功率为39 Bm(CW),增益大于10 dB;美国D.M.Fanning等人研制出Si衬底25 W X波段GaN HEMT功率放大器MMIC,放大器分两级:输入级栅宽2.5 mm,输出级栅宽11.4 mm,漏压为30 V时,在10 GHz频率下,脉冲工作方式输出功率为25W,增益为15 dB,功率附加效率为21%;漏极偏置电压为24V时,在8~12.5 GHz频段内连续波输出功率为20W,最大饱和漏电流密度为570 mA/mm。

国内在此领域的研究时间相对较短,受模型、工艺、材料等因素的限制,研究相对较慢。2007年2月,国内研制出x波段GaN MMIC,报道脉冲输出功率大于10 W。

(注意这一个!)

本文使用国产6H-SiC衬底的外延材料自主研制了A1GaN/GaN HEMT,使用器件典型脉冲数据、S参数数据、微波功率数据建立器件的大信号模型,将器件的大信号模型内嵌到ADS软件系统,建立微带结构的GaN MMIC电路,在ADS环境中优化电路设计,测试结果显示当频率在9.1~10.1 GHz,带内连续波输出功率大于10 W,峰值达到11.04 W,带内增益大于12 dB,平坦度为土0.2 dB,ηPAE大于30%。本研究实现了GaNMMIC从衬底到电路的全部国产化。

1 AIGaN/GaN HEMT研制

采用国产半绝缘6H-SiC衬底利用MOCVD外延GaN HEMT外延材料,采用离子注入工艺进行有源区隔离,源漏金属采用Ti/Al/Ni/Au系统,栅金属为Ni/Au,研制的单胞总栅宽为2.5 mm的AIGaN/GaN HEMT,工作电压达到40.5 V,X波段连续波输出功率达到20 W,线性增益大于10 dB,ηPAE大于40%,输出功率特性曲线如图1所示。

2 GaN MMIC设计与研制

2.1 AIGaN/GaN HFET大信号模型的建立

精确的非线性器件模型是功率放大器单片设计的关键。目前有关AIGaN/GaN HEMT的建模技术并不成熟,无专业的商业软件用于建模。本文在借鉴GaAs功率器件建模的基础上采用改进的Materka模型,其基本结构如图2所示。利用分步提取参数的方法,对l mnl AIGaN/GaN HEMT进行非线性模型的建模,参数提取包括5步:(1)从脉冲栅电流测量数据中提取栅电流参数和内建势;(2)从改进的Cold FETS参数测量数据中提取寄生参数,包括源、漏、栅电阻和电感;(3)从脉冲漏源电流测量数据中提取漏源电流参数;(4)从工作偏置状态S参数测量数据中提取本征模型参数;(5)提取栅电容模型参数。建立的1 mm器件大信号模型参数,如图3所示,其中实线为测试数据,虚线为仿真数据。图3表明,模型仿真结果与测试结果吻合得较好,能真实地反映器件的特性。

再来看一段

《固体电子学研究与进展》 2008年04期

X波段30W(厉害啊!)内匹配GaN HEMT功率器件

李静强 杨瑞霞 冯震 邱旭 王勇 冯志红 默江辉 杨克武 张志国

[摘要]: 采用自主研发的SiC衬底GaN HEMT外延材料,研制了总栅宽为2mmGaN HEMT,利用负载牵引系统测试器件的阻抗特性,得出该器件源漏阻抗实部分别为6Ω和22Ω;设计并制作了四管芯合成器件的阻抗匹配网络,在频率为8GHz下测试,饱和输出功率为30W,功率增益在6dB以上,功率附加效率为38%,该结果目前在国内为首次报道。

[作者单位] : 河北工业大学;中国电子科技集团公司第十三研究所;西安电子科技大学微电子学院;

[关键词] : 氮化镓 高迁移率晶体管 阻抗 内匹配

[基金]: 天津市自然科学基金资助项目(项目编号:07JCZDJC06100) 河北省自然科学基金资助项目(项目编号:F2007000098)

[分类号]: TN385

[正文快照]:

1引言GaN基HEMT以其功率密度大、功率附加效率高、击穿电压高等优点,成为各国新型微波大功率器件研究的重点。GaN HEMT功率密度是GaAsPHEMT的6~8倍,输出同样功率情况下,GaNHEMT的尺寸是GaAs PHEMT的1/8~1/6,源漏阻抗比GaAs PHEMT大数倍。前者更大的源漏阻抗,可以减小阻抗匹……

《固体电子学研究与进展》 2008年04期

X波段连续波119W GaN功率HEMT

钟世昌 陈堂胜 任春江 焦刚 陈辰 邵凯 杨乃彬

[摘要]:

[作者单位] : 单片集成电路与模块国家级重点实验室 南京电子器件研究所;

[关键词] : 连续波 高功率 波段 高频 研制成功 微波功率器件 大功率器件 衬底 卫星通信 发展前沿

[分类号]: TN385

[正文快照]:

作为制造下一代微波功率器件的材料,GaN具有先天的性能优势,可以很好地满足高温、高频以及大功率器件的性能要求,在卫星通信、雷达等领域有着广泛的应用前景,是当前半导体技术最重要的发展前沿之一。经过多年努力,南京电子器件研究所最近研制成功了X波段连续波功率输出119W的……

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