低阈值电压RF MEMS开关的力学模型

采用大激励极板的螺旋型膜开关在保持优异的高频特性的同时 ,可以获得较低的阈值电压。但是对这种结构的设计缺乏足够理论分析。文中将在 Ansys软件数值求解的基础上 ,研究缺口尺寸和开关阈值电压的关系 。

微波电路的MEMS开关进展

开关是微波信号变换的关键元件。和传统的半导体开关相比 ,射频微机电系统 (RFMEMS)开关具有优良的高频特性和固有的重量轻、尺寸小、低功耗等优点 ,而且其制作工艺和传统的 CMOS工艺相兼容。本文较为详细地论述了串联悬臂梁开关、并联悬臂梁开关和膜开关的工作原理及典型的性能参数。由于其优越的微波特性 ,MEMS开关已在许多电路和系统中 ,包括微波前端电路。

基于砷化镓衬底的RF MEMS膜开关

射频微机械开关由于其优越的高频特性在微波和毫米波电路中表现出巨大的应用前景。但是目前的微机械开关都是制作在硅基衬底上的 ,难于与后面的高频砷化镓处理电路相集成。本文介绍了基于砷化镓衬底的RFMEMS膜开关 ,着重介绍了开关的工作原理。

X波段MEMS膜开关的阻抗分析模型

射频微机械 (RFMEMS)开关由于其优越的高频特性在微波和毫米波电路中表现出巨大的应用前景 .但是目前对微机械开关的研究主要都集中在开关梁的结构设计和力学分析上 ,对开关的电磁特性的研究 ,尤其是开关高频阻抗匹配分析的研究与验证比较少 .本文在高频传输线研究的基础上 ,推导出微机械开关的“开态”阻抗匹配模型 ,并利用HFSS软件对开关的高频特性进行模拟 .

FET大信号模型中等效电容方程的改进

精确地描述FET器件大信号微波特性阻抗对单片微波集成电路设计极其重要。为了能准确地模拟FET器件大信号微波特性,在大信号器件模型中,有必要研究栅等效电容模型,尤其在高频段。在总结前人研究的基础上,构造了新型的栅源/栅漏电容方程。通过与6×80μm GaAs PHEMT器件大信号负载牵引测试数据的对比,表明:精确的栅等效电容模型极大地提高非线性模型对FET大信号特性的预测能力。这将有助于器件模型和MMIC设计。

基于蒙特卡罗分析Ⅲ族氮化物输运特性的研究

利用Silvaco软件中的蒙特卡罗算法,详细研究了Ⅲ-氮化物的速-场特性和低场迁移率特性,数值计算了掺杂浓度和晶格温度对-氮化物输运特性的影响。结果表明,在忽略缺陷和表面粗糙度散射的条件下,Ⅲ-氮化物的强场输运特性取决于材料的谷间散射,且当掺杂浓度小于1e17cm-3时,杂质对速-场特性的影响可忽略不计;而低场迁移率特性则主要受晶格振动散射和电离杂质散射的影响。此外,根据Ⅲ-氮化物速-场特性的模拟结果,对"速度过冲"效应提出一种新的解释。

射频MEMS膜开关的力学解析模型

MEMS开关以其固有的低功耗、低插损和低交叉调制损耗等特性 ,在微波领域表现出巨大的应用潜力。但是目前大部分的研究工作都集中在设计新型开关结构和开关制作工艺上 ,对开关力学模型的研究较少。本文根据材料力学 ,通过合理的假设和简化 ,推导出MEMS开关的静电力解析模型 ,并详细探讨开关阈值电压和开关几何尺寸及材料特性之间的关系。

微波大功率SiC MESFET及MMIC

利用本实验室生长的4H-SiC外延材料开展了SiC MESFET和MMIC的工艺技术研究。研制的SiC MESFET采用栅场板结构,显示出优异的脉冲功率特性,20mm栅宽器件在2GHz脉冲输出功率达100W。将四个20mm栅宽的SiC MESFET芯片通过内匹配技术进行功率合成,合成器件的脉冲功率超过320W,增益8.6dB。在实现SiC衬底减薄和通孔技术的基础上,设计并研制了国内第一片SiC微波功率MMIC,在2～4GHz频带内小信号增益大于10dB,脉冲输出功率最大超过10W。

S波段SiC MESFET微波功率MMIC

利用本实验室生长的半绝缘衬底上的4H-SiC外延材料开展了SiC MESFET和MMIC的工艺技术研究。在实现SiC衬底减薄和通孔技术的基础上,采用微带技术以及全套的无源器件,设计并研制了国内第一片SiC微波功率MMIC。研制的SiC MMIC工作频段为S波段,在1.8~3.4GHz的频带内小信号增益大于12dB,漏电压为32V时带内脉冲输出功率超过5W。SiCMMIC小信号特性达到了设计预期,但输出功率低于设计值。这是由于受到MI M电容耐压能力的限制,SiC MMIC的工作电压比较低。

负载牵引测试系统的误差源分析

负载牵引测试系统是一个复杂的微波测试系统,必然存在测试误差。本文从系统的组成、系统的校准、测量仪器自身测试误差和测试环境等角度分析了误差的来源,及其对测试系统的影响。

具有增益均衡功能的新型宽带MMIC放大器

由于行波管"山丘状"功率增益特性需要补偿,提出了具有增益均衡功能的新型宽带单片放大器结构。利用FET作可调元件的嵌入式低损无源滤波网络实现了增益均衡功能。设计中采用了有别于传统的分布放大器形式,选择了高效率高增益级联型单级分布放大器结构。研制出的嵌入增益均衡滤波网络的三级级联型单级分布放大器,在6～14GHz频带范围内,仅使用5个0.25×120μmp HEMT,小信号增益15.5±1.3dB;输入输出反射损耗<-10dB;NF<8dB;频带中部引入的电调衰减幅度超过7dB。芯片面积为2.48mm×1.25mm。验证了此新型电路结构的可行性。

Load Pull系统高频测试误差分析及新型测试方案

负载牵引(Load pull)测试系统是一个复杂的微波测试系统,在不同的频段有不同的实现方案以及测试误差。本文从Load pull系统及待测器件的固有特性出发,分析了系统高频测试误差产生的原因,并且提出了一种提高系统高频测试精度的新型测试方案。

DLC膜化工设备防腐材料的研究

本文介绍了一种可用于化工设备表面防腐的新材料——类金刚石薄膜（ＤＬＣ膜）。文中给出了ＤＬＣ膜的制备方法及主要工艺参数。我们做了有ＤＬＣ膜保护的防腐试验，结果表明：ＤＬＣ膜对酸碱的防护能力强。

厚膜集成微压传感器的研制

介绍了厚膜集成微压传感器的研制过程。此种集成微压传感器的量程为１ ｋＰａ、满量程输出为２５ ｍＶ、非线性小于０ ．２ ％ 、综合精度小于０ ．５ ％ 。

可调增益均衡性宽带MMIC低噪声放大器设计

文章提出了一种新颖的具有可调增益均衡特性的宽带全单片低噪声放大器电路设计方法,它将用于微波功率模块(MPM)的固态功率放大器(SSPA)链前端中的两项功能独立的电路(多级单片宽带低噪声放大器LNA和单片宽带频率均衡放大器FEA)组合设计在一块单片电路芯片中。其中LNA部分采用高效率高增益宽带级联型分布放大器取代常规的行波式分布放大器,使得放大器级数显著减少;频率均衡放大器提出用一种利用FET作可调元件的嵌入式低损无源网络来取代,使得放大器的增益特性在频带中部下凹可调,补偿了行波管“山丘状”功率增益特性。在此基础上完成设计的 MMIC LNA,仅使用3个0．25μm×120μm pHEMT,在6GHz～18GHz频带内,小信号增益14．3 ±0．8 dB,输入、输出反射损耗<-10 dB,NF<5 dB;嵌入可调增益均衡网络后,在其他性能参数基本保持不变的前提下,频带中部引入的电调衰减范围超过6．5 dB,完全满足MPM要求。

砷化镓0.5 μm PHEMT开关标准工艺研究

采用PCM技术对砷化镓0.5μmPHEMT开关工艺关键工艺步骤进行定量严格监控,并对关键工艺节点进行工序能力评价(Cpk),运用统计过程控制(SPC)技术对采集的工艺数据进行分析,实现了开关工艺的稳定受控,工艺水平不断提高,砷化镓单片开关的成品率逐步提升;同时采用REM技术对该工艺制作的PHEMT开关器件、无源元件进行可靠性的预先估计,实现了对该标准工艺的可靠性评估。研究数据表明,砷化镓0.5μmPHEMT开关标准工艺PCM成品率达到90%,开发的单片开关和衰减器成品率不低于80%;砷化镓单片开关在最高工作温度85°C、置信度90%下失效率λ小于400Fit,完全满足产品的使用要求。

亚微米GaAs PHEMT器件的结构设计与优化

主要论述了采用POSES软件对亚微米GaAs PHEMT器件进行的结构设计与优化。在结构设计过程中,本文首先简要分析了PHEMT器件的工作原理;然后利用POSES软件数值求解了材料结构和器件性能之间的关系,并根据上述分析结果优化器件结构设计,完成流片实验。流片得到的0.25μm GaAs PHEMT器件的性能参数为:跨导gm=440mS/mm、截止频率fT=50GHz、最大振荡频率fmax>80GHz,显示出良好的DC和AC小信号特性。

MSM型氮化镓紫外探测器研究

以宽禁带半导体氮化镓材料制备了金属-半导体-金属型的紫外光电探测器。材料生长是以MOCVD设备完成的,为非故意掺杂的n型材料。器件在362nm处具有陡峭的截止边,表现出可见盲特性,在1.5 V偏压下响应度为0.71 A/W,紫外/可见抑制比接近103。通过击穿单侧肖特基结对另一侧的肖特基结进行测试,结果表明肖特基结具有较理想的特性,并以此对器件的工作方式和设计优化进行了讨论分析。

KU波段GaN MMIC功率放大器的研究

测试验证了谐波的源端阻抗对于器件的性能以及输出特性有很大的影响,所以基波匹配中不能忽视谐波的影响。基于此研制了一款采用0.25μm工艺GaN功率MMIC 12 GHz^17 GHz放大器芯片,源端加入了谐波控制的部分。后期通过管壳测试以及后仿真分析功放的性能,提出一些改进芯片的方法。芯片采用二级放大的结构。末级匹配电路采用功率匹配,兼顾功率和效率;级间考虑二次谐波的匹配,进一步提高效率。输入和级间均采用有耗匹配,提高稳定性。芯片在12 GHz^17 GHz范围内漏压28 V,输出功率35 d Bm,功率增益14 d B^15 d B,最大功率附加效率大于40%。