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.     

C波段160W连续波GaN HEMT内匹配功率器件研制

基于GaN功率器件工艺自主研发的大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,采用内匹配技术和宽带功率合成技术相结合的方法,研制出了一款C波段160 W连续波GaN HEMT内匹配功率器件。通过优化管芯的结构,设计出了满足连续波使用要求的大功率GaN管芯,然后进行了内匹配器件的设计,在设计中首先采用负载牵引法进行了器件参数提取,并以此为基础设计了阻抗变换网络进行阻抗变换和功率合成。研制出了工作频率为4.4~5.0 GHz、工作电压32 V、连续波输出功率大于160 W、功率附加效率大于50%、功率增益大于12 dB的GaN HEMT内匹配功率管,具有广阔的工程应用前景。     

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。     

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.     

P波段3kW GaN功率器件的研制

介绍了一款高压高功率GaN功率器件及其匹配电路。基于国内高压GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的研究基础,选取了GaN HEMT芯片,确定了器件的总栅宽。根据GaN HEMT芯片阻抗,器件内部进行了LC谐振匹配设计,外部采用双边平衡同轴巴伦进行推挽匹配设计。散热方面通过改善封装管壳热沉材料提高热导率。最终成功研制出高压、3 kW的GaN功率器件,该器件在工作电压为60 V、工作频率为0.35~0.45 GHz、脉宽为300μs、占空比为10%条件下,频带内输出功率大于3 kW、功率增益大于16 dB、功率附加效率大于71%、抗负载失配能力不小于10∶1。     

0.15μm GaN HEMT及其应用

报道了毫米波应用的0.15μm场板结构GaN HEMT。器件研制采用了76.2mm(3英寸)SiC衬底上外延生长的AlGaN/GaN异质结构材料,该材料由MOCVD技术生长并引入了掺Fe GaN缓冲层技术以提升器件击穿电压。器件栅脚和集成了场板的栅帽均由电子束光刻实现,并采用栅挖槽技术来控制器件夹断电压。研制的2×75μm栅宽GaN HEMT在24V工作电压、35GHz频率下的负载牵引测试结果显示其输出功率密度达到了4W/mm,对应的功率增益和功率附加效率分别为5dB和35%。采用该0.15μm GaN HEMT技术进行了Ka波段GaN功率MMIC的研制,所研制的功率MMIC在24V工作电压下脉冲工作时(100μs脉宽、10%占空比),29GHz频点处饱和功率达到了10.64W。     

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%.     

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%。     

一种平衡式GaN内匹配宽带功率放大器设计

基于南京电子器件研究所的0.5μm GaN HEMT工艺平台,研制了一款2~5 GHz宽带固态功率放大器。采用低通L-C匹配网络消除虚部阻抗,并利用λ/4线实现宽带实阻抗到目标阻抗50Ω的匹配,最后通过3 dB Lange耦合器实现宽带平衡式功率合成设计。测试结果表明,功放在48 V漏电压、1 ms周期、10%射频脉冲时,在2~5GHz频带内,输出功率大于50 dBm(100 W),最高输出功率达到51.2 dBm(132 W),最大功率附加效率52%,合成效率典型值大于85%,二次谐波抑制度大于18 dBc,杂波抑制度大于60 dBc。