Sub-6 GHz GaAs pHEMT高功率吸收型单刀双掷开关

基于0.5μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺,设计了一款高功率吸收型单刀双掷开关芯片。芯片采用堆叠技术和前馈电容技术来提高功率容量和线性度。通过在传统串并联结构的输出端口引入串并联阻容匹配网络,实现了芯片在导通和关断状态下的良好端口匹配。该开关芯片的尺寸为0.82 mm×0.37 mm。实测结果显示,在0.7~6.0 GHz的工作频段内,该开关实现了低于1.1 dB的插入损耗、高于36 dB的隔离度、优于15 dB的通路回波损耗和优于10 dB的断路回波损耗。此外,0.1 dB功率压缩点在1、2、4和6 GHz时,均约40 dBm。

14～14.5GHz 20W GaAs PHEMT内匹配微波功率管

介绍了一种Ku波段内匹配微波功率场效应晶体管。采用GaAs PHEMT 0.25μmT型栅工艺,研制出总栅宽为14.4mm的功率PHEMT管芯。器件由四管芯合成,在14～14.5GHz频率范围内,输出功率大于20W,附加效率大于27%,功率增益大于6dB,增益平坦度为±0.3dB。

0.25μm栅长GaAs pHEMT栅极高温及关态应力退化机理

GaAs赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)的关态栅极漏电流取决于温度与电应力环境。研究了高温与电应力对0.25μm GaAs pHEMT肖特基特性的影响。该pHEMT的反向偏置栅极漏电流主要受陷阱辅助发射机制和隧穿电流机制的影响。建立模型,对不同温度下栅极漏电流曲线进行拟合,结果表明,栅极漏电流在常温下由隧穿电流机制主导,在高温下由陷阱辅助发射机制主导。在高温关态应力下对栅极漏电流随应力时间变化的过程进行表征,从时间层面再次验证了两种机制在不同温度下发生转变的过程。

高温及关态应力条件下GaAs pHEMT器件的性能退化研究

研究了高温和电学应力下砷化镓赝晶高电子迁移率晶体管的直流特性退化机理。高温下陷阱辅助发射电流引起器件关态漏电上升,而载流子迁移率的退化引起跨导降低;当温度达到450 K时,栅金属的沉降效应会导致跨导异常升高。进一步研究了不同温度下关态电学应力对器件性能退化的影响,结果与高温下栅沉降效应相吻合。

高功率密度高效率28V GaAs PHEMT技术

报道了采用双场板设计的GaAs PHEMT器件,该器件栅长为0.5μm,工作电压28V,在2GHz下饱和输出功率2.18W/mm,功率附加效率PAE=67%。

SiN钝化层对GaAs pHEMT低噪声放大器芯片耐氢效应能力的影响

对两种不同钝化层状态的LNA芯片在不同氢气浓度下进行150℃、105h加速寿命试验。漏极电流监控曲线表明,加厚SiN钝化层器件在20%氢气浓度试验后仅下降约0.8%,试验前后电性能基本不变。通过加厚SiN钝化层有效提升了GaAs pHEMT低噪声放大器芯片在氢气氛围中的可靠工作寿命,这对于该类器件在组件中的实际应用具有重要意义。

带有小型化Balun的C波段单片GaAs pHEMT单平衡电阻性混频器

本文介绍了一种带有小型化无源Balun的C波段单片GaAs pHEMT单平衡电阻性混频器。Balun采用集总一分布式结构，使其长度与常用2／4耦合线Balun相比缩小了11倍，大大降低了将无源Balun应用于C波段单片集成电路中所需的芯片尺寸。混频器采用单平衡电阻性结构，在零功耗的情况下实现了良好的线性和口间隔离性能。测试结果显示，在固定中频160MHz，本振输入功率0dBm条件下，在3．5～5GI-IzRF频带内，最小变频损耗为8．3dB，1dB压缩点功率为8．0dBm，LO至Ⅲ之问的隔离度为38dB。

基于0.1-μm GaAs pHEMT工艺的最小噪声系数3.9 dB的66~112.5 GHz低噪声放大器

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示,最大增益在108 GHz处达到20.4 dB,在66~112.5 GHz范围内,小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处,实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。

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。

0.15μm Y型栅高In沟道GaAs PHEMT低噪声器件设计

设计了一种GaAs PHEMT低噪声器件。通过电子束直写手段实现了0.15μm Y型栅,对栅型优化以减小器件栅电阻和栅寄生电容。采用高In含量的沟道设计以改善沟道电子输运特性,采用InGaAs/GaAs复合帽层以改善欧姆接触特性,并通过低噪声工艺流程制作了4×50μm GaAs PHEMT器件。测试结果表明,器件fT达到80GHz,在10GHz处最小噪声系数小于0.4dB,相关增益大于10dB。对于0.15μm栅长GaAs PHEMT器件来说,这是很好的结果。

基于GaAs PHEMT工艺的60~90GHz功率放大器MMIC

研制了一款60~90 GHz功率放大器单片微波集成电路(MMIC),该MMIC采用平衡式放大结构,在较宽的频带内获得了平坦的增益、较高的输出功率及良好的输入输出驻波比(VSWR)。采用GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)标准工艺进行了流片,在片测试结果表明,在栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,功率放大器MMIC的小信号增益大于13 dB,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,功率放大器的小信号增益均大于15 dB。载体测试结果表明,栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,该功率放大器MMIC饱和输出功率大于17.5 dBm,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,其饱和输出功率可达到20 dBm。该功率放大器MMIC尺寸为5.25 mm×2.10 mm。

砷化镓0.25μm PHEMT开关模型研究

借助于传统的FET等效电路模型,给出了0.25μm GaAs PHEMT的开关模型,并在ICCAP和ADS软件中,完成等效电路参数的提取与优化。通过对单刀单掷(SPST)开关的仿真和测试,表明,在0.1～20 GHz的频域内,其"开"态插入损耗误差、端口1和端口2的电压驻波比误差分别小于0.3 dB、0.24和0.19;其"关"态隔离度误差、端口1和端口2的电压驻波比误差分别小于1.9 dB、0.12和0.08。文中得到的PHEMT开关模型将有助于控制类单片集成电路的研究与开发。

0.8~2.7GHz GaAs PHEMT高线性驱动放大器

基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款0.8~2.7 GHz的高线性驱动放大器。电路放大部分采用多胞合成技术,避免了工艺对栅宽的限制,同时可以提升输入和输出阻抗。偏置电路采用带负反馈系统的有源镜像结构实现,与传统的有源偏置结构相比,引入一个负反馈系统,提高了驱动能力,使电路更加稳定。电路采用+5 V电源供电,静态工作电流为130 mA。该放大器在860~960 MHz、2.1~2.2 GHz和2.3~2.7 GHz性能良好,在2.6 GHz处的小信号增益为14.3 dB,1 dB压缩点输出功率(Po(1 dB))为28.4 dBm,Po(1 dB)处的功率附加效率为41.6%,输出三阶交调点为37.5 dBm。采用片外匹配,不仅节省芯片面积,还可以通过调整输入和输出匹配网络,满足5G基站等移动通信系统不同频段的应用需求。

内置驱动器的砷化镓高隔离开关芯片

采用增强/耗尽型(E/D)结构的赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)技术,研制开发的射频开关,具有插损低、隔离度高、承受功率大、线性度高等特点。产品采用0.5μm栅长的砷化镓PHEMT E/D标准工艺加工,将开关电路和驱动电路集成在一颗芯片上,并做了相应的静电防护设计。测试结果表明,在0.01～5.0GHz带内,插入损耗≤1.2dB@3GHz、≤1.6dB@5GHz,带内输入输出驻波比≤1.5,隔离度≥60dB@3GHz、≥52dB@5GHz,1dB压缩功率点达到了30dBm,IP3超过了+52dBm。

5G毫米波通信用低插损高隔离GaAs PHEMT单刀双掷开关

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,实现了一款用于5G毫米波通信的低插损高隔离单刀双掷(SPDT)开关芯片。为了降低插损,每个开关支路通过四分之一波长阻抗变换器连接到天线端,并通过优化传输线和器件总栅宽实现了良好的端口匹配;为了提高隔离度,采用了三并联多节枝的分布式架构形成高的输入阻抗状态,实现信号的全反射。芯片面积为2.1 mm×1.1 mm。在片测试结果显示,在24.25~29.5 GHz的5G毫米波频段内该SPDT开关实现了小于1.1 dB的极低插损和大于32 dB的高隔离度,1 dB压缩点输入功率大于26 dBm。

AlGaAs/InGaAs/GaAs赝配高电子迁移晶体管的kink效应研究

利用二维器件模拟软件MEDICI对AlGaAs InGaAs GaAs赝配高电子迁移晶体管器 (PHEMT)件进行了仿真 ,研究了PHEMT器件的掺杂浓度与电子浓度分布 ,PHEMT器件内部的电流走向及传输特性 ,重点研究了不同温度和不同势垒层浓度情况下PHEMT器件的kink效应 .研究结果表明 :kink效应主要与处于高层深能级中的陷阱俘获 反俘获过程有关 。

基于GaAs pHEMT工艺的S波段高增益驱动放大器的设计研究

设计了一种基于砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺的S波段高增益单片微波驱动放大器(Drive Amplifier,DA)。该放大器采用了基于负反馈技术的共源共栅(Cascode)放大器驱动共源放大器的双级放大结构,可以实现良好的功率增益和高线性度特性。采用0.5μm GaAs pHEMT工艺验证了该设计方法的可行性。实测结果显示,在5 V供电时,该DA在2.5 GHz~4.2 GHz频带内其小信号增益(S21)为26 dB±0.5 dB,输入回波损耗(S11)小于-7.5 dB,输出回波损耗(S_(22))小于-6.5 dB,输出三阶交调点(OIP3)为30.5 dBm,饱和输出功率(Psat)为26.5 dBm,最大功率附加效率(P_(AE))为25%。该芯片面积为1.3 mm^(2)。该芯片实测结果可以满足5G无线通讯系统中Sub-6GHz频段的典型驱动功率放大的指标要求,具有广泛的市场应用前景。

GaAsE/DPHEMT正压驱动单片数控衰减器

采用将正压数字驱动电路和微波衰减器集成在同一单片上的方法,设计制作了6 bit正压驱动数控衰减器单片电路。分析了几种衰减电路原理,以及增强/耗尽型(E/D)PHEMT正压驱动电路原理。采用桥T型结构衰减电路单元、E/D PHEMT控制电路设计了数控衰减器单片电路。基于GaAs E/D PHEMT工艺,流片制作了数控衰减器单片电路。测试结果表明,在DC^4 GHz带宽内,插入损耗L i≤2.9 dB,输入输出回波损耗L r≤-15 dB,衰减精度e bit≤±(0.4+3%×Att)dB(Att为衰减量)。电路具有衰减精度高、线性度好和芯片面积小等特点。内置的E/D PHEMT正压控制电路,可减小控制信号布线面积。采用单正压电源供电使电路更易使用。

基于GaAsPHEMT的6～10GHz多功能芯片

介绍了一种基于GaAsPHEMT工艺的多功能芯片（MFC）设计。该芯片主要用于双向放大，具有低噪声性能和中等功率能力。综合考虑噪声、功率、效率和有源器件的正常工艺波动，选取合适的器件及其工作点、电路拓扑结构，使电路性能达到最优。采用大信号模型、噪声模型和开关模型联合仿真完成该芯片设计，并对版图进行电磁场仿真。测试结果表明，在6～10GHz频带内：小信号增益大于18．5dB，增益平坦度小于±0．2dB，输入／输出电压驻波比小于1．4：1，噪声系数小于2．2dB，1dB压缩点输出功率大于14dBm。芯片尺寸为2．4mm×2．6mm。

DC-40 GHz光通信系统用GaAs PHEMT驱动放大器。

利用0.2μmGaAsPHEMT工艺研制了40Gb/s光通信系统中的光调制器驱动放大器。该放大器芯片采用有源偏置的七级分布放大器结构,工作带宽达到40GHz,输入输出反射损耗约-10dB,功率增益14dB,功耗700mW,最大电压输出幅度达到7V。两级芯片级连后,功率增益约27dB,在40Gbit/s速率下得到清晰的眼图。