2.6～2.8GHz 100W硅微波脉冲功率晶体管

研究并制造了2.6～2.8GHz输出功率100W、脉宽1μs、占空比25%、增益7dB、效率35%的硅微波脉冲功率晶体管。本文介绍了该器件的设计考虑和采用的工艺技术,给出了研制结果。

射频功率晶体管内匹配技术中键合线的建模仿真与参数提取

金属键合线互连是射频大功率晶体管内匹配技术中的关键手段。键合线的直径、长度、拱高和并列键合线间距等物理参量,均对器件性能有很大影响。采用三维电磁仿真软件EMDS和射频电路设计软件ADS对金属键合线互连进行了建模仿真和射频等效参数提取,分析了等效参数与键合线各物理参量之间的关系,针对具体的关系特点及内匹配技术中键合线的选取,给出了相应的优化设计措施。

C波段160W连续波GaN HEMT内匹配功率器件研制

基于GaN功率器件工艺自主研发的大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,采用内匹配技术和宽带功率合成技术相结合的方法,研制出了一款C波段160 W连续波GaN HEMT内匹配功率器件。通过优化管芯的结构,设计出了满足连续波使用要求的大功率GaN管芯,然后进行了内匹配器件的设计,在设计中首先采用负载牵引法进行了器件参数提取,并以此为基础设计了阻抗变换网络进行阻抗变换和功率合成。研制出了工作频率为4.4~5.0 GHz、工作电压32 V、连续波输出功率大于160 W、功率附加效率大于50%、功率增益大于12 dB的GaN HEMT内匹配功率管,具有广阔的工程应用前景。

3.1～3.4GHz 28W硅脉冲大功率晶体管的研制

本文介绍采用网状发射极结构、浓硼扩散发射极镇流电阻、输入、输出内匹配等技术研制出的硅微波脉冲大功率晶体管,该器件在3.1～3.4GXz的雷达频带内,脉冲输出功率28W、增益7.5dB、效率30%(脉宽100s,占空比10%).

C频段内匹配砷化镓功率场效应晶体管

采用离子注入、多层欧姆接触金属结构、干法刻蚀、г形栅、空气桥、通孔接地和电镀热沉等先进技术，在直径５０ｍｍＧａＡｓ片上制作了总栅宽为９．６ｍｍ的功率场效应晶体管芯片。用４枚这种芯片并联，在其输入端和输出端分别加入内匹配电路，制成了Ｃ频段内匹配功率场效应晶体管。在大于５００ＭＨｚ的带宽内，１ｄＢ增益压缩输出功率达１８Ｗ，１ｄＢ压缩增益为８．３ｄＢ，功率附加效率达３０％。

P波段3kW GaN功率器件的研制

介绍了一款高压高功率GaN功率器件及其匹配电路。基于国内高压GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的研究基础,选取了GaN HEMT芯片,确定了器件的总栅宽。根据GaN HEMT芯片阻抗,器件内部进行了LC谐振匹配设计,外部采用双边平衡同轴巴伦进行推挽匹配设计。散热方面通过改善封装管壳热沉材料提高热导率。最终成功研制出高压、3 kW的GaN功率器件,该器件在工作电压为60 V、工作频率为0.35~0.45 GHz、脉宽为300μs、占空比为10%条件下,频带内输出功率大于3 kW、功率增益大于16 dB、功率附加效率大于71%、抗负载失配能力不小于10∶1。

一个8GHz基于AlGaN/GaN HEMT的内匹配电路

论述了一个在8 GHz下基于AlGaN/GaN HEMT功率放大器HMIC的设计、制备与测试。该电路包含了1个10×100μm的AlGaN/GaN HEMT和输入输出匹配电路。在偏置条件为VDS=40 V、IDS=0.16 A时输出连续波饱和功率在8GHz达到36.5 dBm(4.5 W),PAE为60%,线性增益10 dB;在偏置条件为VDS=30 V、IDS=0.19 A时输出连续波饱和功率在8 GHz达到35.6 dBm(3.6 W),PAE为47%,线性增益9 dB。

C波段大功率GaN HEMT内匹配器件

基于Ga N微波功率器件工艺制作了大栅宽Ga N高电子迁移率晶体管（HEMT）管芯,通过负载牵引及建模技术提取了管芯的输入阻抗、输出阻抗。采用二项式多节阻抗匹配变换器实现了宽带功率分配器及合成器电路的制作,通过采用LC网络提升了管芯输入阻抗、输出阻抗,加入了稳定网络,实现了50Ω阻抗匹配。采用高热导率金属陶瓷外壳,提高了器件散热能力。最终研制成功大功率Ga N HEMT内匹配器件,器件采用四胞管芯功率合成技术,总栅宽为40 mm。测试结果表明,频率为4.5~4.8 GHz,脉宽300μs,占空比10%,工作电压VDS为28V,器件的输出功率大于120 W,功率附加效率大于50%,功率增益大于11 d B。

体积小重量轻的SiC微波脉冲功率晶体管

采用自主开发的工艺加工技术和设计方法,直接将两个微波SiC MESFET管芯在管壳内部进行并联,实现了器件在S波段脉冲状态下(工作频率2GHz,脉冲宽度30μs,占空比10%)输出功率大于30W、功率增益12dB、功率附加效率大于30%的性能指标。由于直接采用管芯并联结构,省略了内匹配网络,器件的体积和重量较以往的Si微波双极功率晶体管大为降低;采用高温氧化技术克服了传统MESFET工艺中PECVD介质产生较高界面态的不足,减小了器件的泄漏电流,提高了器件性能。器件的研制成功,初步显示了SiC微波脉冲功率器件在体积小、重量轻、增益高、脉冲大功率输出和制作工艺简单等方面的优势。

C波段连续波200 W GaN内匹配功率管设计与实现

研制了一款C波段连续波大功率GaN内匹配功率管。设计采用4个12 mm栅宽GaN高电子迁移率(HEMT)管芯合成输出,功率管总栅宽4 mm×12 mm。利用负载牵引(Load-pull)和大信号建模技术提取GaN管芯阻抗,根据管芯阻抗进行匹配电路设计。电路设计充分考虑合成损耗等因素的影响,研制的连续波GaN内匹配功率管在4.4~5.0 GHz频段内输出功率200 W以上,功率增益10 d B以上,功率附加效率超过50%。

宽脉冲大占空比L波段500W内匹配GaN HEMT器件

基于GaN微波功率器件工艺研发了GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）芯片。采用场板结构提高芯片的击穿电压,采用多子胞结构改善热分布,使用微波软件提取管芯的输入、输出阻抗。采用T型匹配网络并加入稳定电阻,提升管芯的输入阻抗并提高电路的稳定性,内电路整体封装采用高热导率金属陶瓷全密封外壳,采用多节串联传输线形式,将器件外电路的输入、输出阻抗分别匹配至标准阻抗值50Ω。研制成功了L波段GaN HEMT内匹配大功率器件。在1.2-1.4 GHz、脉宽为5 ms、占空比为30%、栅极工作电压（VGS）为-2.4 V、漏极工作电压（VDS）为50 V条件下,器件输出功率大于500 W,功率附加效率（ηPAE）大于65%,功率增益大于16 d B。

基于GaN HEMT的X波段连续波内匹配功率管设计

采用内匹配技术,使用两枚GaN HEMT晶体管,在X波段8.0~8.5 GHz频段内,设计并实现了一种高可靠性、高功率附加效率的功率放大器。基于南京电子器件研究所提供的晶体管及负载牵引数据,并结合"L-C-L"匹配网络以及威尔金森功率分配/合成器,对晶体管的输入和输出阻抗进行了相应匹配,使得其端口阻抗均为50Ω。最终通过两胞合成的方式实现了在目标频段内,栅电压-2.2 V、漏电压24 V,连续波工作状态下,所设计功率放大器输出功率高于20 W、功率增益大于10 dB、功率的附加效率大于49.7%。其中,在8.1~8.4 GHz,该功率放大器功率附加效率超过52%,优于我国现有相近频段内匹配功率放大器的功率附加效率,并通过实验验证了该设计方案的可靠性。

基于GaN HEMT的L波段600 W内匹配功率管设计

采用两只总栅宽100 mm的0.5μm工艺GaN HEMT功率管芯,通过合理选择目标阻抗、合理设计输出匹配网络,实现了一款输出功率达到600 W的L波段内匹配功率管。在+36 V、-2 V工作电压下,1.14~1.26 GHz内,功率管输出功率≥600 W,功率增益≥12 dB,功率附加效率≥55%,体积仅为33 mm×17 mm×2 mm,重量仅为3.5 g,显示出卓越的性能,具有广泛的工程应用前景。