多阳极220GHz倍频器单片设计

介绍了一款基于GaAs肖特基二极管单片工艺的220 GHz倍频器的设计过程以及测试结果。为提高输出功率,倍频器采用多阳极结构,8个二极管在波导呈镜像对称排列,形成平衡式倍频器结构。采用差异式结电容设计解决了多阳极结构端口散射参数不一致问题,提高了倍频器的转换效率和工作带宽。对设计的倍频器进行流片、装配和测试,测试结果显示:倍频器在204~234 GHz频率范围内,转化效率大于15%;226 GHz峰值频率下实现最大输出功率为90.5 mW,转换效率为22.6%。设计的220 GHz倍频器输出功率高,转化效率高,工作带宽大。

Ku波段多通道收发组件设计

阐述了一种包含四路接收通道和一路发射通道的Ku波段收发组件的工作原理,并对组成的单元电路和关键技术进行了分析。试验结果表明,在2 GHz带宽和-55^+85℃温度下,发射通道输出功率为(31±1)d Bm,带内功率平坦度≤±0.5 d B,开关隔离度≥90 d B;接收通道增益为(30±1)d B,噪声系数≤5.0 d B,通道隔离度≥60 d B。测试结果表明,方案切实可行,满足使用要求。

半密封直拉法生长6英寸磷化铟单晶热场研究

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体材料。InP由于性能优异,在高频电子器件及红外光电器件领域的应用日趋增多。目前,磷化铟器件的价格远高于砷化镓器件,其主要原因是磷化铟单晶成品率低,以及晶圆尺寸较小造成外延和器件工艺成本居高不下。增大InP单晶的直径对降低晶圆及半导体工艺成本至关重要。制备大尺寸InP单晶的主要难点是提高晶体的成品率和降低晶体的应力。目前行业内通常使用垂直梯度凝固(Vertical gradient freeze,VGF)法和液封直拉(Liquid Encapsulated Czochralski,LEC)法制备InP。VGF法在制备6英寸(15.24 cm)InP方面鲜有建树,LEC法制备的晶体往往具有更高的应力和位错密度。本研究展示了半密封直拉(Semi-Sealed Czochralski,SSC)法在生长大直径化合物半导体材料方面的优势,采用数值模拟方法分析了LEC法和SSC法中熔体、晶体、氧化硼和气氛中的温度分布,重点分析了SSC技术的温度分布。模拟结果中,SSC法晶体中的温度梯度为17.4 K/cm,明显低于LEC法中的温度梯度28.7 K/cm。在等径阶段SSC法晶体肩部附近气氛温度比LEC法高504 K。根据模拟结果对SSC法热场进行了优化后,本研究得到了低缺陷密度、无裂纹的6英寸S掺杂InP单晶,证实了SSC法应用于大尺寸InP单晶生长的优势。

基于共面波导传输线的宽频带介电常数提取方法

提出了一种基于共面波导传输线的宽频带低损耗材料介电常数提取方法。设计5根共面波导传输线作为标准覆盖待测样品介电常数频率范围,采用在片矢量网络分析仪测得各传输线未经修正的S参数,经过多线TRL校准算法提取传播常数;采用quasi-TEM模型计算传输线的单位长度电阻R和单位长度电感L;最终求得0.1~50 GHz GaAs材料的介电常数。相比于传统的腔体法只能点频测试,且需设计待测样品腔体结构,该测试方法支持宽频带介电常数的连续测试,且测试效率更高;测试结果与谐振腔法偏差±2.5%,满足工程实践需要。

不同直径InP晶锭混合加工技术

通过改进InP晶锭加工流程的设计,明显提高了直径不均匀或者含有多晶或孪晶晶锭的出片量。与传统半导体材料晶锭加工流程相比,采用本加工技术加工晶锭的最终出片面积至少能够提高20%,在某些情况下能达到50%以上。为了验证该加工流程对晶片参数的影响,研究了InP晶锭表面起伏对晶片厚度一致性、翘曲度、弯曲度等几何参数的影响。实验结果表明,在切割参数相同的情况下,采用本加工技术获得的晶片厚度一致性较差,造成参数恶化的原因是晶锭表面起伏使钢线在接触晶锭表面时可能出现位移。通过在晶锭表面粘接特殊的板补偿晶体表面起伏,改善了晶片厚度一致性。本方法可以在保证生产质量合格的成品晶片的同时,大幅度提高晶锭最终出片面积。

两级式双向DC/DC变换器的电流纹波抑制

双向DC/DC变换器作为储能电池和直流母线的桥梁,电流纹波问题越来越受到关注。首先分析了双向DC/DC变换器中输入电流纹波来源。由于并网使得输入输出功率不平衡,直流母线上存在二次脉动,若控制上无法有效调节母线电压的脉动,则输入电流会含有二次纹波。而当数字控制的精度不够时,每一次调节都会产生较大的量化误差,该量化误差会造成输入电流中的数字化纹波。针对上述问题,建立了小信号模型并对纹波进行了量化计算,提出了比例积分微分谐振(PIDR)控制并应用了高分辨率脉宽调制(PWM)技术。分析了LLC谐振变换器在并网软启时结电容过大导致的能量反灌问题,搭建s域模型,定量分析了开关管寄生电容对变换器的电压电流的影响,并选用结电容更小的SiC金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)解决了该问题。最后搭建了一台2 kW的双向DC/DC变换器,验证了分析和所提策略的有效性。

磷化铟晶体中孪晶形成机理的研究进展

孪晶可以降低化合物半导体单晶的成品率,是目前半导体材料领域研究的热点之一。针对InP及相关极易产生孪晶的半导体材料,系统介绍了孪晶形核的各类物理模型,归纳了材料属性、晶体生长放肩角度、温度梯度、生长速率、小平面、半导体极性及生长系统稳定性等因素对孪晶形成的影响。借助多晶硅中孪晶现象和形核机理解释了InP多晶中孪晶形核现象。同时,总结了掺杂剂及杂质元素对孪晶形成的影响。最后,对InP生长过程中孪晶形成及抑制方法进行了展望。InP单晶中孪晶的抑制将会大幅降低InP单晶衬底的成本,推动InP微电子及光电子领域的发展。

星载1MHz GaN LLC变换器低反向导通损耗控制

氮化镓(GaN)器件反向导通压降一般超过1.8V,400W 1MHz LLC变换器一次侧GaN器件反向导通损耗超过单管总损耗15%。该文提出一种应用于1MHz星载GaNLLC变换器一次侧开关管的低反向导通损耗控制,根据GaN器件结电容放电时间调整死区,在保证实现零电压软开关(ZVS)的前提下缩短GaN器件反向导通时间以降低反向导通损耗。所提控制基于数学模型,对GaN器件等效输出结电容与LLC死区内谐振电流进行推导,计算LLC一次侧GaN器件结电容放电时间作为不同工况下死区调节依据。使用抗辐照GaN器件搭建400W 1MHz LLC变换器原理样机,验证所提死区控制。与固定死区(100ns)策略相比,一次侧GaN器件的单管损耗在10%负载与满载下分别降低32%与16%,整机效率分别提高1%和0.2%。