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基于肖特基二极管单片集成芯片的340 GHz收发链路

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量子电子学报 2023年第3期40卷 369-375页

作者：张明浩董亚洲梁士雄河北省产品质量监督检验研究院河北石家庄050000 电子科技大学四川成都610000 中国电子科技集团公司第十三研究所专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050000

针对太赫兹通信及成像等系统对高集成度射频收发链路的需求,在自主研制的太赫兹肖特基二极管的基础上,建立了器件的精确模型,设计并制备出基于二极管的倍频/混频单片集成芯片,解决了传统二极管装配难度大、一致性差的难题,提高了器件的... 详细信息

针对太赫兹通信及成像等系统对高集成度射频收发链路的需求,在自主研制的太赫兹肖特基二极管的基础上,建立了器件的精确模型,设计并制备出基于二极管的倍频/混频单片集成芯片,解决了传统二极管装配难度大、一致性差的难题,提高了器件的性能。成功研制出170 GHz、340 GHz倍频器和340 GHz混频器模块,并且开发出集成化的340 GHz发射与接收链路。发射端一体化模块实现了342 GHz功率为22 mW的输出,接收端一体化模块实现了330~350 GHz单边带变频损耗在10 dB上下。该模块的开发为未来太赫兹通信及成像技术的应用奠定基础。

关键词：半导体器件太赫兹肖特基二极管倍频器混频器收发链路

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330 GHz单片集成分谐波混频器

红外与激光工程 2019年第2期48卷 259-263页

作者：杨大宝王俊龙张立森梁士雄冯志红专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050051 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

根据反向并联二极管的外围结构和材料构成,以四端口S参数包的形式建立了二极管结外围无源结构的三维电磁模型,与非线性仿真软件中的肖特基结模型结合起来建立太赫兹二极管对的完整模型,这样的处理方法提高了计算机仿真的准确性。分谐波... 详细信息

根据反向并联二极管的外围结构和材料构成,以四端口S参数包的形式建立了二极管结外围无源结构的三维电磁模型,与非线性仿真软件中的肖特基结模型结合起来建立太赫兹二极管对的完整模型,这样的处理方法提高了计算机仿真的准确性。分谐波混频电路制作在12μm厚度的砷化镓基片上,单片电路悬置安装在本振和射频中间剖开的减高波导腔体内。在本振5 mW功率注入时混频单片在330 GHz的频带范围内最小插损为10 dB。因为单片集成电路以四个梁式引线与波导外壁柔性连接,一端固定在波导壁上,混频单片电路能够释放腔体随温度变化而产生的机械应力。

关键词：反向并联单片集成谐波混频器

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0.2THz宽带非平衡式倍频电路研究

红外与激光工程 2017年第1期46卷 116-119页

作者：王俊龙杨大宝邢东梁士雄张立森赵向阳冯志红专用集成电路重点实验室河北石家庄050051 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

基于四阳极结反向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了0.2THz宽带非平衡式二次倍频电路。肖特基二极管倒装焊接在75μm石英电路上。在小功率和大功率注入条件下,测试了倍频电路的输出功率和倍频效率。输入功率在10~15mW时,通过加... 详细信息

基于四阳极结反向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了0.2THz宽带非平衡式二次倍频电路。肖特基二极管倒装焊接在75μm石英电路上。在小功率和大功率注入条件下,测试了倍频电路的输出功率和倍频效率。输入功率在10~15mW时,通过加载正向偏置电压,在210~224GHz,倍频效率大于3%,在212GHz处有最高点倍频效率为7.8%。输入功率在48~88mW时,在自偏压条件下,210~224GHz带内倍频效率大于3.6%,在214GHz处测得最大倍频效率为5.7%。固定输出频率为212GHz,在132mW功率注入时,自偏压输出功率最大为5.7mW,加载反向偏置电压为-0.8V时,输出功率为7.5mW。

关键词：太赫兹二倍频平面肖特基二极管非平衡式

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0.1THz鳍线单平衡式基波混频电路研究

红外与激光工程 2017年第4期46卷 122-126页

作者：杨大宝王俊龙张立森邢东梁士雄赵向阳冯志红专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050051 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

研究了一种基于石英基片的0.1THz频段的鳍线单平衡混频电路,混频电路的射频和本振信号分别从WR10标准波导端口通过波导单面鳍线微带过渡和波导微带探针过渡输入,中频信号通过本振中频双工器输出。这是一种新型的混频电路形式,与传统的W... 详细信息

研究了一种基于石英基片的0.1THz频段的鳍线单平衡混频电路,混频电路的射频和本振信号分别从WR10标准波导端口通过波导单面鳍线微带过渡和波导微带探针过渡输入,中频信号通过本振中频双工器输出。这是一种新型的混频电路形式,与传统的W波段混频器相比,混频电路可以省略一个复杂的W波段滤波器,具有电路设计简单、安装方便的特点。该电路使用两只肖特基二极管通过倒装焊工艺粘结在厚度为75μm的石英基片上,石英基片相对传统基板,可以极大提高电路加工精度。在固定50MHz中频信号时,射频90~110GHz范围内,0.1THz混频器单边带变频损耗小于9dB。

关键词： 0.1THz 单平衡混频电路石英基片

最大振荡频率640 GHz的70nm栅长InAs PHEMTs器件(英文)

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红外与激光工程 2016年第7期45卷 161-165页

作者：张立森邢东徐鹏梁士雄王俊龙王元刚杨大宝冯志红河北半导体所专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050051

由于高的电子迁移率和二维电子气浓度,InP基赝配高电子迁移率晶体管(PHEMTs)器件成为制作太赫兹器件最有前途的三端器件之一。为提高器件的工作频率,采用InAs复合沟道,使得二维电子气的电子迁移率达到13 000 cm^2/(V·s)。成功研制出70... 详细信息

由于高的电子迁移率和二维电子气浓度,InP基赝配高电子迁移率晶体管(PHEMTs)器件成为制作太赫兹器件最有前途的三端器件之一。为提高器件的工作频率,采用InAs复合沟道,使得二维电子气的电子迁移率达到13 000 cm^2/(V·s)。成功研制出70 nm栅长的InP基赝配高电子迁移率晶体管,器件采用双指,总栅宽为30μm,源漏间距为2μm。为降低器件的寄生电容,设计T型栅的栅根高度达到210 nm。器件的最大漏端电流为1 440 mA/mm(V_(GS)=0.4 V),最大峰值跨导为2 230 mS/mm。截止频率fT和最大振荡频率f_(max)分别为280 GHz和640 GHz。这些性能显示该器件适于毫米波和太赫兹波应用。

关键词： InAs沟道高电子迁移率晶体管 T型栅最大振荡频率

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340GHz固定调谐分谐波混频器

红外与激光工程 2022年第12期51卷 99-105页

作者：杨大宝张立森徐鹏赵向阳顾国栋梁士雄吕元杰冯志红中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051 专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050051

基于最新研制的小阳极结反向并联肖特基二极管芯片,设计和制造了320~360GHz固定调谐分谐波混频器。混频器的结构采用的是传统电场(E)面腔体剖分式结构:将二极管芯片倒装焊粘在石英基片上,再用导电银胶将石英电路悬置粘结在混频器下半个... 详细信息

基于最新研制的小阳极结反向并联肖特基二极管芯片,设计和制造了320~360GHz固定调谐分谐波混频器。混频器的结构采用的是传统电场(E)面腔体剖分式结构:将二极管芯片倒装焊粘在石英基片上,再用导电银胶将石英电路悬置粘结在混频器下半个腔体上。电路设计采用场路相结合的方法:用场仿真软件建立混频电路各个功能单元的S参数模型,将它们代入非线性电路仿真软件中与二极管结相结合进行混频器性能整体仿真优化。最终测试结果表明,谐波混频器的双边带在4~6mW的本振功率驱动下,在320~360GHz超过12%带宽范围内,双边带变频损耗均小于9dB;混频器在310~340GHz频带范围内,双边带噪声温度最低为780K。声温度最低为780K。

关键词：固定调谐谐波混频器反向并联变频损耗

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5THz混频二极管等效电路模型研究

红外与激光工程 2016年第9期45卷 248-252页

作者：王俊龙杨大宝邢东梁士雄张立森赵向阳冯志红专用集成电路重点实验室河北石家庄050051 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

采用电磁场和电路联合仿真，基于直流测试和三维电磁建模仿真技术，建立了截止频率5 THz的混频肖特基二极管的等效电路模型。重点研究了二极管的非线性结模型和外围结构三维电磁全波仿真模型，构建了考虑实际电路形式的四端口三维电磁... 详细信息

采用电磁场和电路联合仿真，基于直流测试和三维电磁建模仿真技术，建立了截止频率5 THz的混频肖特基二极管的等效电路模型。重点研究了二极管的非线性结模型和外围结构三维电磁全波仿真模型，构建了考虑实际电路形式的四端口三维电磁全波仿真模型。该等效电路模型可用于太赫兹低频段混频模块设计，该模型的建立方法也为更高频段模型的建立提供了一种参考。基于该模型设计了一款220 GHz分谐波混频器，在192～230 GHz宽带范围内，双边带变频损耗小于10 dB，测试结果与仿真结果较为一致。

关键词：太赫兹混频肖特基二极管模型

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0.22 THz宽带混频电路研究

红外与激光工程 2017年第11期46卷 145-148页

作者：王俊龙杨大宝邢东梁士雄张立森赵向阳徐鹏冯志红专用集成电路重点实验室河北石家庄050051 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

基于中国电子科技集团公司第十三研究所的反向并联肖特基二极管,采用电磁场和电路软件联合仿真,完成了0.22 THz分谐波混频电路设计。在固定中频输出频率10 MHz的条件下测试了混频电路的变频损耗,在175~235 GHz共60 GHz带宽内双边带变频... 详细信息

基于中国电子科技集团公司第十三研究所的反向并联肖特基二极管,采用电磁场和电路软件联合仿真,完成了0.22 THz分谐波混频电路设计。在固定中频输出频率10 MHz的条件下测试了混频电路的变频损耗,在175~235 GHz共60 GHz带宽内双边带变频损耗小于15 d B,在196 GHz处最佳变频损耗为8.5 d B。测试结果与仿真结果趋势吻合良好。基于冷热负载,测试了分谐波混频电路的噪声温度,当本振功率为5.7 m W时,在216 GHz处双边带噪声温度为1 200 K。

关键词：太赫兹混频肖特基二极管模型

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太赫兹梯度超表面综述

电子技术应用 2019年第7期45卷 8-13,18页

作者：寇伟陈婷杨梓强梁士雄电子科技大学电子科学与工程学院四川成都610054 中国电子科技集团公司第十三研究所专用集成电路重点实验室河北石家庄050051

超表面,一种新颖的人工电磁材料,由于厚度可忽略不计,也称二维超材料。由于电磁波的电场或磁场与超表面亚波长单元结构的共振效应使其相位或幅度发生突变,从而经过超表面后出射波矢量场的叠加实现了对电磁波传播特性的调控。与三维超材... 详细信息

超表面,一种新颖的人工电磁材料,由于厚度可忽略不计,也称二维超材料。由于电磁波的电场或磁场与超表面亚波长单元结构的共振效应使其相位或幅度发生突变,从而经过超表面后出射波矢量场的叠加实现了对电磁波传播特性的调控。与三维超材料相比,超表面拥有损耗低、厚度薄、易于集成等优点,其巨大的应用潜力受到全世界研究人员的关注。太赫兹超表面器件在平面超透镜、涡旋光束、数字编码超表面、全息成像等显示了巨大的潜力和优势。从基本定律出发,总结了几种重要的超表面器件的调控原理和应用领域,并对未来超表面器件的实用价值和前进方向进行展望。

关键词：太赫兹超表面超材料相位调控