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。

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。

基于GaAs pHEMT工艺的宽带6位数字移相器MMIC

基于0.15μm GaAs pHEMT (pseudomorphic High Electron Mobility Transistor)工艺,研制了一款6位数字移相器微波单片集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC).该移相器由六个基本移相位级联组成,工作频带为10~18 GHz,步进值为5.625°,移相范围为0~360°,具有64个移相态.根据最优拓扑选择理论,5.625°,11.25°,22.5°移相位采用桥T型结构,降低了移相器的插损及面积;采用开关型高低通滤波器结构实现45°,90°,180°移相位,提高了大移相位的移相精度,并有效降低了寄生调幅.实测结果表明:64态移相寄生调幅均方根误差小于0.6 dB,移相输入输出回波损耗低于-11 dB,移相均方根误差小于4.2°,基态插入损耗低于8.6 dB.芯片尺寸为3.35 mm×1.40 mm.该数字移相器具有宽频带、高移相精度、尺寸小的特点,主要用于微波相控阵T/R组件、无线通信等领域.

基于GaAs PHEMT工艺的超宽带多通道开关滤波器组MMIC

基于0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款超宽带7路开关滤波器组单片微波集成电路(MMIC)芯片。芯片内集成了开关、驱动电路和带通滤波器,实现了开关滤波功能。开关采用反射式串-并联混合结构;译码器和驱动电路控制某一支路开关的导通或关断;带通滤波器由集总电感和电容组成。该开关滤波器组芯片通带频率覆盖0.8~18 GHz。探针测试结果表明,开关滤波器组芯片各个支路的中心插入损耗均小于8.5 dB,通带内回波损耗小于10 dB,典型带外衰减大于40 dB。为后续研发尺寸更小、性能更优的开关滤波器组提供了参考。

基于GaAs PHEMT工艺的Ka波段三通道开关滤波器

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款22~42 GHz的宽带三通道开关滤波器芯片。该开关滤波器由单刀三掷开关、带通滤波器、控制电路构成。开关采用场效应晶体管(FET)串并结合结构实现。带通滤波器采用梳状结构,一端加载金属-绝缘体-金属(MIM)电容实现。芯片集成了2∶4线译码器作为控制电路,实现通道的选择和切换。芯片尺寸为3.0 mm×2.4 mm×0.1 mm。测试结果表明,三个通道的插入损耗均小于8.5 dB,带内回波损耗均小于-10 dB,带外衰减均大于40 dB。该开关滤波器芯片具有插入损耗小、隔离度高、集成度高、阻带宽的特点。

0.1μmT型栅PHEMT器件

通过电子束和接触式曝光相结合的混合曝光方法 ,并利用复合胶结构 ,一次电子束曝光制作出具有 T型栅的 PHEMT器件 ,并对 0 .1μm栅长 PHEMT器件的整套工艺及器件性能进行了研究 .形成了一整套具有新特点的PHEMT器件制作工艺 ,获得了良好的器件性能 (ft=93.97GHz;gm=6 90 m S/mm ) .

GaAs基E/D PHEMT技术单片集成微波开关及其逻辑控制电路

利用GaAs基E/DPHEMT技术单片集成微波开关及其逻辑控制电路的制作工艺和设计方法,采用0.8μm GaAs E/D PHEMT工艺,制备出性能良好的解码器功能内置的DC^10GHz SPDT MMIC,基本实现逻辑电路与开关电路的集成.开关电路在DC^10GHz内插入损耗小于1.6dB,隔离度大于24dB;整个电路只需要1位控制信号,有效地减少了开关电路的控制端口数目,节省了芯片面积,为GaAs多功能电路的研究奠定了基础.

20GHz宽带GaAs PHEMT分布式前置放大器

采用0.5μm GaAs PHEMT工艺研制了一种光接收机分布式前置放大器.该放大器-3dB带宽接近20GHz,跨阻增益约46dBΩ;在50MHz^16GHz范围内,输入、输出电压驻波比(VSWR)均小于2;带内噪声系数在3.03~6.5dB之间,平均等效输入噪声电流密度约为14.6pA/Hz;在输入10Gb/s非归零(NRZ)伪随机二进制序列(PRBS)信号下,放大器输出眼图清晰,具有12ps的定时抖动和166mV峰峰电压.

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。

DC～20GHz GaAs PHEMT超宽带低噪声放大器

采用0.15μm GaAs PHEMT工艺,设计了一款DC～20 GHz宽带低噪声放大器,可作为驱动放大器用于光纤通信或作为宽带增益模块用于测试及测量系统中。电路采用分布式放大器结构,单节采用共源共栅的结构形式实现,其与共源结构相比,拥有较低的栅-漏反馈电容和较高的输出并联电阻,使电路具有较宽的频带、较高的增益和较高的线性度等特点。电路采用+8 V电源供电,将芯片及外围器件进行模块化封装后,易于测试和使用。经过实测,带内的典型噪声系数为3 dB,小信号增益达到14 dB,输入回波损耗低于-14 dB,输出回波损耗低于-17 dB,1 dB增益压缩输出功率达到16 dBm。芯片尺寸为3.12 mm×1.574 mm。

应用于PHEMT器件的深亚微米T形栅光刻技术

PHEMT器件和基于它的高频单片集成电路广泛应用于现代微波/毫米波系统。当PHEMT器件的栅长缩短到足够短的时候,沿着栅宽方向的寄生电阻会影响PHEMT器件的性能。为了解决这个问题,一种具有大截面面积而底部长度却很小的T形栅结构通常被用于制作PHEMT器件,因为这种结构可以有效地减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声。对几种常用的制作深亚微米T形栅的三种光刻技术即光学光刻、电子束光刻、X射线光刻技术进行了比较分析。对于光学光刻技术,通常需要采用移相和光学邻近效应校正技术,它的制作成本低,但是很难用于制作深亚微米T形栅;对于电子束光刻技术,通常需要采用高灵敏度和低灵敏度的多层胶技术,虽然它的栅长可以制作到非常小,但是它的生产成本非常高,而且它的生产效率非常低;对于X射线光刻技术,它不仅可以用于制作深亚微米T形栅,而且它的生产效率非常高,T形栅的形状可以非常容易控制。

基于0.2μm GaAs PHEMT工艺的压控振荡器IC设计

给出了一个采用0 2μmGaAsPHEMT工艺设计的全集成差分负阻式LC压控振荡器电路,芯片面积为0 52×0 7mm2。采用3 3V正电源供电,测得输出功率约-11 22dBm,频率调节范围6 058GHz～9 347GHz;在自由振荡频率7 2GHz处,测得的单边带相位噪声约为-82dBc/Hz@100kHz.

GaAs PHEMT器件高温加速寿命试验及物理分析

GaAs微波器件的退化与金属化稳定性密切相关,实现PHEMT器件功能的金属化主要有栅金属化、欧姆接触金属化和信号传输线金属化。本文针对定制的GaAs PHEMT器件的栅金属接触孔链和欧姆接触金属方块条进行了高温加速应力寿命试验,并对器件金属化失效单机理进行寿命预计,同时对试验后的样品进行物理分析。结果显示栅金属接触孔链在180℃下就发生失效,接触孔链表面的金属化层形变,金属化发生了迁移;而AuGeNi欧姆接触在225℃高温下更易发生电迁移失效,金属向体内扩散并在金属条上形成空洞。

12 Gb/s GaAs PHEMT跨阻抗前置放大器

采用0.5μm GaAs PHEMT工艺研制了一种单电源偏置光接收机跨阻抗前置放大器.放大器-3dB带宽约为9.5GHz;在50MHz^7.5GHz范围内,跨阻增益为43.5±1.5dBΩ,输入输出回波损耗均小于-10dB;带内噪声系数在4dB^6.5dB之间,由此得到的最小等效输入噪声电流密度约为17.6pA/Hz;输入12Gb/s NRI伪随机序列时,放大器输出眼图清晰,眼开良好.

90nm T型栅工艺在高频GaAs PHEMT MMIC中的应用

采用PMMA/P（MMA-MAA）/PMMA三层胶结构,通过优化电子束直写电压、束流和显影等工艺参数,得到了理想的光刻胶形貌。利用干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的方法实现了双凹槽栅结构。通过优化蒸发功率、蒸发时间及各层金属厚度,解决了栅掉帽的问题。开发了90 nm自对准双凹槽T型栅电子束三层胶光刻工艺技术。应用90 nmT型栅工艺制作了W波段GaAs PHEMT功率放大器及V波段Ga As PHEMT低噪声放大器。测试结果表明,在频率为90~96 GHz、源漏电压5 V、栅源电压-0.3 V、输入功率13 dBm时,功率放大器电路输出功率为20.8 dBm,功率增益为7.8 dB;在频率为57~64 GHz、源漏电压2.5 V、漏极电流55 m A时,低噪声放大器增益大于24 dB,带内噪声系数小于3.5 dB,验证了该工艺技术的可行性和可应用性。

一种DC-6GHz的GaAs PHEMT宽带低插入损耗单刀双掷开关

利用稳懋0.5μm GaAs PHEMT工艺设计了一款宽带低插入损耗的单刀双掷(SPDT)开关芯片.该开关在传统串并联结构的基础上,考虑了封装引入的键合线电感效应,并利用键合线电感,优化了开关的射频性能.同时分析了串并联结构开关的功率容量与偏置点的关系,把开关偏置在最佳偏置点,能显著提升功率容量.所设计的开关,在DC-6GHz范围内,插入损耗小于0.55dB,隔离度大于24dB.在(-7.5V/7.5V)控制电压下,输入1dB压缩点大于34dBm,可用于6GHz频率范围内的各种应用.提出的利用键合线提升开关射频性能的思想,可用于指导开关及其封装的设计.

S波段大功率GaAs PHEMT单片放大器

GaAs单片集成电路具有体积小、质量轻和可靠性高等特性,已经成为微波领域重要的器件。采用MBE技术生长出双面掺杂AlGaAs/InGaAs PHEMT结构的外延材料,研制了高效率的GaAs PHEMT器件,S波段功率附加效率大于55%。建立了基于EEHEMT的大信号模型,利用ADS软件搭建了有耗匹配的二级放大电路拓扑结构,进行最佳效率匹配,得到优化电路。采用4英寸（1英寸=2.54cm）GaAs0.35μm标准工艺研制了AlGaAs/InGaAs/GaAsPHEMT MMIC电路,测试结果表明,在测试频率为2.2~3.4GHz,测试电压VDS为10V时,输出功率大于12W,功率增益大于22dB,功率附加效率大于40%。

AlGaAs／InGaAs功率PHEMT用异质材料的计算机优化与器件实验结果

借助一新的工艺模拟与异质器件模型用ＣＡＤ软件──ＰＯＳＥＳ（Ｐｏｉｓｓｏｎ－ＳｃｈｒｏｅｄｉｎｇｅｒＥｑｕａｔｉｏｎＳｏｌｖｅｒ），对以ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ异质结为基础的多种功率ＰＨＥＭＴ异质层结构系统（传统、单层与双层平面掺杂）进行了模拟与比较，确定出优化的双平面掺杂ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ功率ＰＨＥＭＴ异质结构参数，并结合器件几何结构参数的设定进行器件直流与微波特性的计算，用于指导材料生长与器件制造。采用常规的ＨＥＭＴ工艺进行ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ功率ＰＨＥＭＴ的实验研制。对栅长０．８μｍ、总栅宽１．６ｍｍ单胞器件的初步测试结果为：ＩＤｓｓ２５０～４５０ｍＡ／ｍｍ；ｇｍ０２５０～３２０ｍＳ／ｍｍ；Ｖｐ－２．０－２．５Ｖ；ＢＶＤＳ５～１２Ｖ。７ＧＨｚ下可获得最大１．６２Ｗ（功率密度１．０Ｗ／ｍｍ）的功率输出；最大功率附加效率（ＰＡＥ）达４７％。

GaAs Ti/Pt/Au栅PHEMT单片集成电路耐氢能力的提升

为提高GaAs Au/Pt/Ti栅PHEMT MMIC放大器耐氢气的能力,提出了在PHEMT栅上加厚Si N钝化层的方法,并通过高温加速氢气试验验证了该方法的有效性。耗尽型D管的钝化层由150 nm加厚到300 nm后,在150℃加速下,耐氢气浓度和耐受时间由原来的14000×10-6、40 h提升到30000×10-6、110 h (电流还未出现明显下降),耐氢能力得到了明显提升。为了维护管子的微波性能,增强型E管采用多层Si N钝化,总厚度加厚到600 nm后,在150℃加速下,耐氢气浓度和耐受时间可达到20000×10-6、115 h (电流还未出现明显下降),满足实际应用要求。