截止频率1.2 THz的GaN肖特基二极管及其三倍频单片集成电路

通过设计不同掺杂浓度和厚度的GaN低掺杂外延层,制造了两款SiC基GaN肖特基势垒二极管(Schott⁃ky barrier diode,SBD)。结果显示在低掺杂层厚度为80 nm,掺杂浓度为8×10^(17)cm^(−3)条件下制备的GaN SBD截止频率高达1.2 THz。基于该SBD管芯制备了平衡式三倍频单片集成电路,室温下三倍频电路在305~330 GHz频段内连续波饱和输出功率大于10 mW,带内最大输出功率达25 mW,最高倍频效率达到3.3%。

新型复合沟道Al_(0.3)Ga_(0.7)N/Al_(0.05)Ga_(0.95)N/GaN HEMT低相位噪声微波单片集成压控振荡器(英文)

设计并研制了一种新型复合沟道Al0.3Ga0.7N/Al0.05Ga0.95N/GaN HEMT(CC-HEMT)微波单片集成压控振荡器(VCO),且测试了电路的性能。CC-HEMT的栅长为1μm,栅宽为100μm。叉指金属-半导体-金属(MSM)变容二极管被设计用于调谐VCO频率。为提高螺旋电感的Q值,聚酰亚胺介质被插入在电感金属层与外延在蓝宝石上GaN层之间。当CC-HEMT的直流偏置为Vgs=-3V,Vds=6V,变容二极管的调谐电压从5.5V到8.5V时,VCO的频率变化从7.04GHz到7.29GHz,平均输出功率为10dBm,平均功率附加效率为10.4%。当加在变容二极管上电压为6.7V时,测得的相位噪声为-86.25dBc/Hz(在频偏100KHz时)和-108dB/Hz(在频偏1MHz时),这个结果也是整个调谐范围的平均值。据我们所知,这个相位噪声测试结果是文献报道中基于GaN HEMT单片VCO的最好结果。

基于选区外延法的单片异质集成GaN/Si的研究

将GaN器件与Si集成电路进行单片异质集成是当前微电子领域的前沿研究方向之一,而直接从材料定义系统的选区外延法是其中最具潜力的技术途径。针对选区外延法的实施过程中,选区外延GaN的高温过程会严重影响已制Si集成电路功能的问题,提出一种MOSFET沟道热扩裕量预留技术,并通过理论分析和仿真实验验证了该技术的可行性与有效性。研究结果克服了选区外延法的固有缺陷,能够在实现GaN/Si单片异质集成的同时,保障Si集成电路的功能,为单片异质集成GaN/Si技术的发展提供了有益新思路。

氮化镓基单片功率集成技术

宽禁带、高临界击穿电场和高饱和电子速度的材料优越性,以及铝镓氮/氮化镓(Al GaN/GaN)异质结能通过极化不连续性在其界面极化诱导出具有高浓度、高迁移率的二维电子气并制备出高电子迁移率晶体管,使氮化镓器件正成为下一代功率和射频应用领域的新型高性能电子器件。氮化镓基单片功率集成技术是减小寄生电感影响、提升集成电路开关速度、降低系统功耗和实现系统小型化的关键技术。该文围绕氮化镓单片功率集成技术,对p/n双极性沟道异质结外延结构、单片异质集成、全氮化镓集成电路和p沟道器件关键技术的研究进展进行了全面分析。

GaN单片功率集成电路研究进展

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件具有工作频率高、导通损耗小等优点,已经开始广泛应用在多种高频、高效功率转换器中,而拥有更高集成度的全GaN单片集成电路可进一步提高基于GaN HEMT器件功率变换器的性能。介绍了不同类型的全GaN集成工艺平台以及GaN功能子电路的研究进展,并对全GaN单片集成功率IC的研究现状进行了综述。

单片异质集成技术研究现状与进展

异质集成技术是微系统的核心技术,分为混合异质集成技术和单片异质集成技术。单片异质集成技术因具有较高的集成度,逐渐成为研究热点。从两个方面介绍了微系统中单片异质集成技术的研究现状和进展。在微电子器件方面,主要发展方向为Ⅲ-Ⅴ族和Si基CMOS电子器件的单片异质集成;在光电子、MEMS器件方面,主要发展方向为Ⅲ-Ⅴ族光电器件、Si基CMOS电子器件和MEMS器件等的单片异质集成。最后,总结出异质集成技术面临的挑战和丞待解决的问题。

24~30 GHz GaN HEMT单片集成单刀双掷开关

本文研究了一种基于100 nm氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺设计的24~30 GHz单片集成单刀双掷(SPDT)开关.该开关采用1/4波长微带线并联HEMT开关器件的结构,通过采用两级并联HEMT实现低插入损耗同时获得更好的隔离度.测试结果显示,在24~30 GHz的5G毫米波频段内以及0/-5 V的控制电压下,该开关的插入损耗低于1.5 dB,隔离度优于28 dB,输入功率1 dB压缩点大于27 dBm.测试结果能够很好地验证仿真结果.

SiGe/Si HBT及其单片微波集成电路的研究

SiGe／SiHBT作为单片微波集成电路中的有源元件，在截止频率、增益、噪声等方面相对于GaAs器件有很大的优势。本文结合本单位在SiGe材料和器件、电路等方面做过的工作，对实现SiGe单片微波集成电路的一些理论和技术要点作了阐述。

基于p-GaN结构的GaN HEMT功率电子器件和数字电路单片集成技术

基于含p-GaN帽层的Si基GaN材料,实现了增强型GaN功率电子器件与数字电路单片集成技术的开发。在同一片晶圆上实现了增强型高压GaN器件、DCFL结构反相器和17级环形振荡器。高压GaN功率电子器件阈值电压VTH达到1.2V,击穿电压VBD达到700V,输出电流ID达到8A,导通电阻RON为300mΩ。基于E/D集成技术的DCFL结构反相器低噪声和高噪声容限分别为0.63V和0.95V;所研制17级环形振荡器在输入6V条件下振荡频率345MHz,级延时为85ps。

基于GaN FET的LED微显示单片集成技术研究进展

发光二极管(LED)微显示技术由于其潜在应用而倍受关注。与主流的基于硅基驱动器的LED微显示技术不同,采用GaN场效应晶体管(FET)驱动的LED微显示技术制作的器件具有可靠性高和制作工艺简单等优势。总结了各种GaN FET驱动LED微显示的器件结构及性能,这些器件结构包括:直接利用LED外延结构制作FET驱动微型LED发光像素的横向集成结构、HEMT驱动微型LED发光像素的横向叠层结构、纳米线GaN FET驱动LED发光像素的垂直叠层结构。对基于GaN FET驱动的LED微显示技术的进展进行了综述。对GaN FET驱动的LED微显示技术的应用前景和研究方向进行了展望。

300GHz InP DHBT单片集成放大器

太赫兹技术在成像雷达以及宽带通信等领域具有广阔应用前景。太赫兹功率放大器是太赫兹系统的核心单元。磷化铟双异质结双极型晶体管（InP DHBT）具有非常高的截止频率以及较高的击穿电压（相对Si／SiGe而言），适合于太赫兹功率放大器的研制，例如美国Teledyne公司利用InP DHBT工艺研制T220GHz200mW的功率MMIC。

基于GaN HEMT的C波段压控振茄器单片集成电路

中国科学院微电子研究所微波器件与集成电路研究室成功研制出一款基于GaN HEMT（氮化镓高电子迁移率晶体管）的C波段压控振荡器单片集成电路。

24GHz低相位噪声单片集成VCO

介绍了一款基于砷化镓异质结双极晶体管(GaAs HBT)工艺的24 GHz单片压控振荡器(VCO),VCO芯片上同时集成了1/2次谐波输出及八分频器电路,可提供1/2和1/16次谐波输出。由于振荡器采用了推-推压控振荡器(push-push VCO)结构,相比传统的通过低频VCO芯片和倍频器级联技术实现的24 GHz VCO具有更低的相位噪声,测试结果表明芯片在不同温度、振动以及其他条件下表现出良好的相位噪声,在0～13 V的电调电压条件下输出频率为23～25.5 GHz,输出功率在5 V直流工作电压条件下为9 dBm,相位噪声低至-92 dBc/Hz@100 kHz。同时1/2次谐波输出及八分频器电路提供的1/16次谐波输出性能良好。

微波、毫米波单片集成电路(MIMIC)技术

本文主要叙述微波、毫米波单片集成电路的性能及其应用。

微波固态器件与单片微波集成电路技术的新发展

对不同时代的单片微波集成电路(MMIC)的器件工艺发展和应用发展状况进行概况总结,并结合当前的研究与应用热点,重点分析以砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)为代表的微波化合物固态器件和基于MMIC的异构异质集成新技术路径,并就今后发展的趋势做出展望。

单片集成GaAs基长波长谐振腔光探测器的研究

介绍了一种GaAs基的长波长谐振腔增强型(RCE)光探测器。通过两步生长法,在GaAs衬底上异质外延生长了InP-InGaAs-InP的p-i-n光吸收结构和GaAs/AlAs的分布布拉格反射镜(DBR)。所制备的器件在1549.4nm处获得了67.3%的量子效率和17nm的光谱响应线宽,在1497.7nm处获得了53.5%的量子效率和9.6nm的光谱响应线宽,而InGaAs吸收层厚度仅为200nm。采用单片集成法,工艺简单、易于产业化,随着缓冲层技术的发展,此种RCE光探测器的性能还将获得进一步提升。

RTD与HBT单片集成研究

设计并研制了共振隧穿二极管(RTD)与异质结双极晶体管(HBT)单片集成负阻逻辑单元。详细介绍了逻辑单元的材料结构及工艺流程的设计过程,得到了较好的负阻特性,其开启电压1V左右,峰谷比大于2∶1。同时建立了负阻逻辑单元的模型,通过Pspice模拟结果表明与实际逻辑单元特性吻合良好。

SiC衬底X波段GaN MMIC的研究

使用国产6H-SiC衬底的GaN HEMT外延材料研制出高工作电压、高输出功率的AlGaN/GaN HEMT。利用ICCAP软件建立器件大信号模型,利用ADS软件仿真优化了双级GaNMMIC,研制出具有通孔结构的GaN MMIC芯片,连续波测试显示,频率为9.1~10.1 GHz时连续波输出功率大于10 W,带内增益大于12 dB,增益平坦度为±0.2 dB。该功率单片为第一个采用国产SiC衬底的GaN MMIC。

低成本Si基GaN微电子学的新进展(续)

进入21世纪后,宽禁带半导体GaN微电子学发展迅速,SiC基GaN微电子学已成为微波电子学的发展主流,且正在向更高频率和更高功率密度的新一代GaN微波功率器件发展。为了降低成本,Si基GaN微电子学应运而生,在5G通信、电动汽车等绿色能源应用发展的带动下,Si基GaN微电子学已进入产业化快速发展阶段。介绍了Si基GaN微电子学在射频Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)新器件结构、工艺与可靠性,Si基GaN HEMT单片微波集成电路(MMIC),Si基E模功率GaN HEMT结构设计,大尺寸Si基GaN HEMT工艺,Si基GaN功率开关器件的可靠性,Si基GaN功率变换器的单片集成和高频开关Si基GaN器件的应用创新等工程化、产业化方面的最新技术进展。分析和评价了低成本Si基GaN微电子学工程化和产业化的发展态势。