单片集成0·8μm栅长GaAs基InGaP/AlGaAs/InGaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管

优化了GaAs基InGaP/AlGaAs/InGaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)的外延结构,有利于获得增强型PHEMT的正向阈值电压.采用光学接触式光刻方式,实现了单片集成0.8μm栅长GaAs基InGaP/AlGaAs/In-GaAs增强/耗尽型PHEMT.直流和高频测试结果显示:增强型(耗尽型)PHEMT的阈值电压、非本征跨导、最大饱和漏电流密度、电流增益截止频率、最高振荡频率分别为0.1V(-0.5V),330mS/mm(260mS/mm),245mA/mm(255mA/mm),14.9GHz(14.5GHz)和18GHz(20GHz).利用单片集成增强/耗尽型PHEMT实现了直接耦合场效应晶体管逻辑反相器,电源电压为1V,输入0.15V电压时,输出电压为0.98V;输入0.3V电压时,输出电压为0.18V.

光控赝配HEMT静态特性的PSPICE模拟

提出光敏赝配倒置HEMT的静态模型 .该模型是一个四端口的器件 ,其中P端口用来处理输入光信号 ,运用此模型能够模拟不同光功率及光波长下输入光对器件输出电流的影响 .通过PSPICE对光敏PHEMT的DC特性进行数值模拟 ,得到的数值结果与Marso等人的实验数据符合的较好 .

赝配InGaAs/InAlAs调制掺杂异质结构的Shubnikov-de Haas振荡

赝配ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ调制掺杂异质结构可以获得很高的电子气面密度和电子迁移率，从而可以制成具有优越高频和低噪声特性的高电子迁移率晶体管（ＨＥＭＴ）．文中报道ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ调制掺杂异质结构低温下纵向和横向磁阻随磁场强度变化的ＳｈｕｂｎｉｋｏｖｄｅＨａａｓ（ＳｄＨ）振荡和量子Ｈａｌ效应．对ＳｄＨ振荡曲线作了快速傅里叶变换，获得了二维电子气的能带结构和各能带上的电子气面密度．分析比较了顶层ＩｎＧａＡｓ不同掺杂情况对ＳｄＨ振荡的影响，结果发现顶层ＩｎＧａＡｓ重掺杂，会对表面态起屏蔽作用。

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。

基于GaAs E/D PHEMT工艺的Ku波段双通道幅相控制多功能芯片

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、衰减和放大等电路拓扑结构,以获得良好的幅相特性;采用紧凑布局、双通道对称的版图设计,以实现小尺寸和高性能。测试结果表明,+5 V电压下,接收通道增益大于3 dB,1 dB压缩点输出功率大于8 dBm;发射通道增益大于1 dB,1 dB压缩点输出功率大于2 dBm;64态移相均方根误差小于2.5°,16态衰减均方根误差小于0.3 dB,芯片尺寸为3.90 mm×2.25 mm。该多功能芯片可实现对射频信号幅度和相位的高精度控制,可广泛应用于微波收发模块。

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。

应用于收发链路多模块级联的优化设计方法

为解决波束赋形芯片中子电路模块由于寄生效应而导致的级联失配问题提出了一种优化设计方法。该设计方法通过主动引入相邻器件阻抗牵引效应,并使其与级联阻抗失配相抵消从而实现阻抗“预失配”的设计方案。对“预失配”的技术原理以及设计流程进行了简要分析,并通过加工一款采用优化设计方案的4通道X/Ku波段的射频收发芯片,验证了该设计方案的可实现性与有效性。在8 GHz~18 GHz频带范围内,该芯片与基于端口驻波设计体系的原芯片相比,收发链路增益分别为6.5 dB和14 dB,提升了超过2 dB。发射链路输出功率21 dBm,发射效率为15.7%,分别提升了1 dB和9%。接收链路噪声系数为8.72 dB,降低了1.2 dB。收发链路最大移相均方根误差为5.12°和5.25°,分别下降了3.17°和1.75°。

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。

2～12GHz集成E/D驱动功能的数控衰减器单片

在GaAs衬底上集成增强/耗尽型数字驱动器和数控衰减器,实现了数字电路与微波电路的一体化集成。数字部分采用直接耦合场效应逻辑结构实现,具有结构简单、速度快和功耗低等优点。2～12 GHz 6 bit数控衰减器,内置6位并行驱动电路,控制端减少为6个,晶体管—晶体管逻辑电路(TTL)电平控制,并行输入控制信号。电路测试结果为:插入损耗≤4.5 dB,开关时间≤15 ns,输入输出驻波比≤1.4∶1,均方根衰减误差(全态)≤0.7 dB,静态功耗为2.0 mA@-5 V,芯片尺寸为2.6 mm×1.6 mm×0.1 mm。在GaAs PHEMT衬底上实现了数字驱动和数控衰减等功能的集成,控制电平兼容应用系统电平,应用更简单,可靠性更高。

高增益自偏S波段MMIC低噪声放大器

报道了具有高增益自偏结构的低噪声S波段MMIC宽带低噪声高增益放大器.该放大器是采用国际先进的0.25μmPHEMT工艺技术加工而成.电路设计采用了两级级联负反馈结构,并采用电阻自偏压技术,单电源供电,使用方便,可靠性高,一致性好.MMIC芯片测试指标如下:在1.9～4.2GHz频率范围内,输入输出驻波小于2.0,线性功率增益达30dB,带内增益平坦度为±0.7dB,噪声系数小于2.7dB.芯片尺寸:1mm×2mm×0.1mm.这是国内报道的增益最高,芯片面积最小的S波段放大器.

MMIC高温工作加速寿命试验失效机理分析

采用恒定功耗高温加速的试验方法,搭建了相关的试验系统,对高温工作寿命试验(HTOL)方法在功率GaAs MMIC领域的应用进行了一些探索。试验获得了对失效机理进行分析所需的失效数,所有样品的失效都是由同一原因引起的。通过监测数据和失效样品的分析,发现存在欧姆接触退化与栅金属下沉两种失效机理,但最终引起失效的机理单一,为栅金属下沉。

高性能2～18GHz超宽带MMIC6位数字衰减器

介绍了一种高性能2～18GHz MMIC 6位GaAs PHEMT数字衰减器的设计、制造和测试结果。研制的单片数字衰减器衰减步进为0.5dB;最大衰减范围为31.5dB;参考态插入损耗<5.71dB;所有衰减态的输入、输出电压驻波比<1.8;衰减精度:+2.31dB/-0.51dB;插入相移:+6.28°/-1.53°;64态幅度均方根误差<1.0dB;64态相移均方根误差<1.3°;芯片尺寸:2.89mm×1.22mm×0.1mm。工艺成品率高达85%。

毫米波单刀双掷开关的设计与制作

以0.25μm GaAs PHEMT为基础，介绍了微波单片集成电路开关模型的设计、测试及建模过程，并以此平台开展了单刀双掷开关芯片的设计与研制。讨论了PHEMT开关建模的重要性，解决了建模中的关键问题，包括开关的设计、测试系统的校准、模型参数的提取，建立了毫米波范围内高精度的等效电路模型。单刀双掷开关的设计采用了并联式反射型电路拓扑，开关的测试采用了微波探针在片测试系统，在18-30 GHz获得了优异的电性能，插入损耗IL≤1.5 dB，输入/输出驻波比VSWR≤1.5∶1，关断状态下的隔离度ISO≥30 dB，芯片尺寸为1.2 mm×1.8 mm×0.1 mm。

GaAs pHEMT与Si CMOS异质集成的研究

基于圆片级外延层转移技术,将完成GaAs pHEMT有源器件加工的外延层从原有衬底上完整地剥离下来并转移到完成工艺加工的Si CMOS圆片上,基于开发的异类器件互联以及异类器件单片集成电路设计等一系列关键技术,进行了GaAs pHEMT与Si CMOS异质集成单片电路的工艺加工。研制的GaAs pHEMT与Si CMOS异质集成单片数字控制开关电路与传统的GaAs pHEMT单片电路相比,芯片面积减小15%。

基于0·25μm GaAs PHEMT工艺的32GHz毫米波单片功率放大器

设计、制造和测试了基于0·25μm栅长GaAs工艺的32GHz毫米波单片功率放大器.该功率放大器采用三级放大,工作电压为6V,工作电流为600mA.带内最大小信号增益为17·4dB,在32GHz具有0·5W的饱和功率输出.

2～4 GHz MMIC低噪声放大器

采用中国电子科技集团公司第十三研究所的GaAs PHEMT低噪声工艺,设计了一款2~4 GHz微波单片集成电路低噪声放大器（MMIC LNA）。该低噪声放大器采用两级级联的电路结构,第一级折中考虑了低噪声放大器的最佳噪声和最大增益,采用源极串联负反馈和输入匹配电路,实现噪声匹配和输入匹配。第二级采用串联、并联负反馈,提高电路的增益平坦度和稳定性。每一级采用自偏电路设计,实现单电源供电。MMIC芯片测试结果为：工作频率为2~4 GHz,噪声系数小于1.0 dB,增益大于27.5 dB,1 dB压缩点输出功率大于18 dBm,输入、输出回波损耗小于-10 dB,芯片面积为2.2 mm×1.2 mm。

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。

60GHz高增益宽带单片集成低噪声放大器

基于0.15μm GaAs pHEMT工艺,设计和制作了一款宽带单片集成低噪声放大器.放大器设计采用四级级联的拓扑结构以获得高增益.芯片尺寸2mm×1mm.实测性能指标为：工作频段45-65GHz,增益18±1.5dB,输入驻波比小于3,输出驻波比小于2.3,直流功耗96mW.在增益、带宽和功耗上达到国际现有产品指标.该芯片可被应用于60GHz宽带无线通信系统.

宽带低噪声放大器单片微波集成电路

从行波放大器设计理论出发，研制了一款基于低噪声GaAs赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺设计的2～20GHz单片微波集成电路（MMIC）宽带低噪声放大器。该款放大器由九级电路构成。为了进一步提高放大器的增益，采用了一个共源场效应管和一个共栅场效应管级联的拓扑结构，每级放大器采用自偏压技术实现单电源供电。测试结果表明，本款低噪声放大器在外加＋5V工作电压下，能够在2～20GHz频率内实现小信号增益大于16dB，增益平坦度小于士0．5dB，输出P-1dB大于14dBm，噪声系数典型值为2．5dB，输入和输出回波损耗均小于-15dB，工作电流仅为63mA，低噪声放大器芯片面积为3．1mm×1．3mm。

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。