L波段高效率内匹配GaN HEMT

研究了一种基于国产SiC衬底的L波段GaN高效率内匹配器件。利用在片微波测试和直流测试相结合方法获得器件的小信号模型,外推得到大信号模型,并进行负载牵引方法验证。在此基础上设计两胞匹配电路,采用电感-电容匹配网络,器件阻抗提升到12Ω,利用改进型威尔金森功率分配器和功率合成器将阻抗由12Ω提升到50Ω,功率分配器和匹配电容使用高Q值陶瓷基片加工。研制的内匹配GaN HEMT器件在测试频率为1.20~1.32 GHz时,输出功率大于80 W,功率增益大于16.2 dB,最大功率附加效率达到72.1%。     

C波段高效率30W功率放大器研制

随着第三代半导体GaN器件技术的不断发展,GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)功率器件在电子系统中逐步得到了广泛应用。GaN功率器件具有工作效率高、功率密度大和击穿场强高的特点,非常适合用于大功率、连续波功率放大器设计。基于GaN功率器件大信号模型,采用Microwave Office 2009微波设计软件对功率放大器进行仿真优化,设计并研制出了C波段高效率30 W连续波功率放大器。该放大器功率器件采用了CREE公司C波段GaN HEMT功率器件,实现放大器尺寸为190 mm×50 mm×15 mm,端口阻抗为50Ω。放大器在5 650~5 950 MHz频带内、28 V工作条件下,连续波输出功率大于30 W,增益大于45 dB,效率大于30%。     

高耐压Si基GaN功率电子器件

基于Si基GaN HEMT材料制作了击穿电压530V、无场板的功率电子器件。器件制作工艺与现有GaN微波功率器件工艺兼容。研究了器件栅漏间距与击穿电压的关系。器件栅宽为100μm,栅漏间距为15μm时,得到的GaN HEMT器件击穿电压530V,最大电流密度536mA/mm。器件的特征通态电阻为1.54mΩ·cm2,是相同击穿电压Si MOSFET器件特征通态电阻的二十五分之一。所制作的6mm栅宽器件击穿电压400V,输出电流2A。该器件的研制为制作低成本GaN HEMT功率器件奠定了基础。     

C波段GaN高功率放大器设计

采用内匹配和功率合成技术,设计了C波段GaN HEMT高功率放大器。电路采用6胞芯片进行功率合成,在陶瓷(Al2O3)基片上设计制作功分器,使其输入输出阻抗均为50Ω。实际脉冲测试该功放饱和输出功率达到220 W以上,增益大于11 d B,功率附加效率大于48%,功率合成效率比达到90%。     

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。     

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。     

X波段400 W GaN内匹配功率管北大核心CSCD

报道了X波段脉冲输出功率超过400 W的GaN HEMT内匹配功率管。该器件内部包含了4只14.4mm栅宽GaN HEMT管芯。输入输出同时采用了一级L-C阻抗变换和两级微带阻抗变换器。该器件在9.0~10.0GHz频带内,在漏极电压为50V、脉冲宽度100μs、占空比10%测试条件下,输出功率达到了400 W以上,功率增益大于9dB,附加效率高于37.7%,带内峰值输出功率450 W。     

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.     

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%。     

0.5μm AlGaN/GaN HEMT及其应用

报道了采用I线步进光刻实现的76.2 mm SiC衬底0.5μm GaN HEMT.器件正面工艺光刻均采用了I线步进光刻来实现,背面用通孔接地.栅脚介质刻蚀采用一种优化的低损伤RIE刻蚀方法实现了60°左右的侧壁倾斜角,降低了栅脚附近峰值电场强度,提高器件性能和可靠性.研制的GaN HEMT器件fT为15 GHz,fm...     

SiN钝化前的NF3等离子体处理对AlGaN/GaN HEMT性能的影响

研究了SiN钝化前利用感应耦合等离子体（ICP）对AlGaN/GaN HEMT表面进行NF3等离子体处理对器件性能的影响. 结果表明,运用低能量的NF3等离子体处理钝化前的AlGaN/GaN HEMT表面能有效抑制器件电流崩塌,而器件直流及微波小信号特性则未受影响. 微波功率测试表明,经过6min NF3等离子体处理的AlGaN/GaN HEMT在2GHz, 30V工作电压下达到6.15W/mm的输出功率密度,而未经过处理的器件只达到1.82W/mm的输出功率密度.     

A Ka-band 22 dBm GaN amplifier MMIC

A Ka-band GaN amplifier MMIC has been designed in CPW technology,and fabricated with a domestic GaN epitaxial wafer and process.This is,to the best of our knowledge,the first demonstration of domestic Kaband GaN amplifier MMICs.The single stage CPW MMIC utilizes an AlGaN/GaN HEMT with a gate-length of 0.25μm and a gate-width of 2×75μm.Under V_ds=10 V,continuous-wave operating conditions,the amplifier has a 1.5 GHz operating bandwidth.It exhibits a linear gain of 6.3 dB,a maximum output power of 22 dBm and a peak PAE of 9.5%at 26.5 GHz.The output power density of the AlGaN/GaN HEMT in the MMIC reaches 1 W/mm at Ka-band under the condition of V_ds=10 V.     

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。     

7.5～9.5GHz AlGaN/GaN HEMT内匹配微波功率管

报道了研制的1mm栅宽的AlGaN/GaN HEMT内匹配微波功率管,在32V漏偏压下在7.5～9.5GHz频率范围内输出功率大于5W,功率附加效率典型值为30%,功率增益大于6dB,带内增益平坦度为±0.4dB,带内最大输出功率为6W。     

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%.     

蓝宝石衬底上槽栅型X波段增强型AlGaN/GaN HEMT

研制了一款X波段增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。在3英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上采用低损伤栅凹槽刻蚀技术制备了栅长为0.3μm的增强型AlGaN/GaN HEMT。所制备的增强型器件的阈值电压为0.42 V,最大跨导为401 mS/mm,导通电阻为2.7Ω·mm。器件的电流增益截止频率和最高振荡频率分别为36.1和65.2 GHz。在10 GHz下进行微波测试,增强型AlGaN/GaN HEMT的最大输出功率密度达到5.76 W/mm,最大功率附加效率为49.1%。在同一材料上制备的耗尽型器件最大输出功率密度和最大功率附加效率分别为6.16 W/mm和50.2%。增强型器件的射频特性可与在同一晶圆上制备的耗尽型器件相比拟。     

Demonstration of 13.56-MHz class-E amplifier using a high-Voltage GaN power-HEMT

A 13.56-MHz class-E amplifier with a high-voltage GaN HEMT as the main switching device is demonstrated to show the possibility of using GaN HEMTs in high-frequency switching power applications such as RF power-supply applications. The 380-V/1.9-A GaN power HEMT was designed and fabricated for high-voltage power-electronics applications. The demonstrated circuit achieved the output power of 13.4 W and the power efficiency of 91% under a drain-peak voltage as high as 330 V. This result shows that high-voltage GaN devices are suitable for high-frequency switching applications under high dc input voltages of over 100 V.     

八胞合成X波段140W AlGaN/GaNHEMT的研究与应用

主要研究第三代半导体AlGaN/GaN功率管内匹配问题.采用8个2.5 mm GaN功率芯片设计、合成以及内匹配电路的测试,在漏极电压40 V,脉冲占空比10％,脉宽100μs的条件下进行功率匹配,实现了GaN功率HEMT在X波段8 GHz 140 W功率输出的内匹配电路,并使整个电路的输入、输出电路阻抗提升至50 Ω...     

14W X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

报道了研制的SiC衬底AIGaN/GaN HEMT微带结构微波功率MMIC,芯片工艺采用凹槽栅场板结构提高AlGaN/GaNHEMTs的微波功率特性.S参数测试结果表明AlGaN/GaN HEMTs的频率特性随器件的工作电压变化显著.研制的该2级功率MMIC在9～11GHz带内30V工作,输出功率大于10W,功率增益大于12dB,带内峰值输出功率达到14.7W,功率增益为13.7dB,功率附加效率为23%,该芯片尺寸仅为2.0mm×1.1mm.与已发表的X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC研制结果相比,本项工作在单位毫米栅宽输出功率和芯片单位面积输出功率方面具有优势.