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0.6~18.0 GHz超宽带低噪声放大器MMIC

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固体电子学研究与进展 2024年第2期44卷 125-130页

作者：郝翔王维波闫俊达袁巍韩方彬陶洪琪南京电子器件研究所南京210016 固态微波器件与电路全国重点实验室南京210016

基于0.15μm GaAs E-pHEMT工艺设计并制备了一款0.6~18.0 GHz的低噪声放大器单片微波集成电路。该放大器使用一级共源共栅结构,通过负反馈实现宽带的匹配设计。同时在共栅晶体管栅极增加到地电容,共源管和共栅管漏极增加峰化电感,以提... 详细信息

基于0.15μm GaAs E-pHEMT工艺设计并制备了一款0.6~18.0 GHz的低噪声放大器单片微波集成电路。该放大器使用一级共源共栅结构,通过负反馈实现宽带的匹配设计。同时在共栅晶体管栅极增加到地电容,共源管和共栅管漏极增加峰化电感,以提高高频增益,扩展带宽,改善噪声。常温在片测试结果表明,在3.3 V单电源供电下,0.6~18.0 GHz频带内该款低噪声放大器噪声系数典型值1.5 dB,小信号增益约15 dB,增益平坦度小于±0.9 dB,输入、输出电压驻波比典型值分别为1.7和1.8,1 dB压缩点输出功率典型值14 dBm,功耗72.6 mW,芯片面积1.5 mm×1.2 mm。

关键词：超宽带低噪声放大器共源共栅单片微波集成电路砷化镓

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太赫兹间隙波导径向功率合成技术研究

固体电子学研究与进展 2024年第5期44卷 374-378页

作者：成海峰杜佳谕朱翔南京电子器件研究所南京210016 固态微波器件与电路全国重点实验室南京210016

针对太赫兹固态功放研制对于低损耗功率合成器的需求,基于间隙波导技术在200~240 GHz的频段开发了一种4路波导径向功率合成器。经无源测试,该间隙波导径向合成器的回波损耗优于-15 dB,无源合成效率达到了88.7%,展现出了间隙波导在太赫... 详细信息

针对太赫兹固态功放研制对于低损耗功率合成器的需求,基于间隙波导技术在200~240 GHz的频段开发了一种4路波导径向功率合成器。经无源测试,该间隙波导径向合成器的回波损耗优于-15 dB,无源合成效率达到了88.7%,展现出了间隙波导在太赫兹频段的低损耗特性。通过封装2只GaN功放芯片形成功率模块为基本单元,进一步开展有源功率合成,最终在220 GHz实现了311 mW的峰值输出功率,在200~240 GHz的频率范围内平均功率合成效率为81%。

关键词：间隙波导功率合成径向波导太赫兹

基于微区拉曼法的AlGaN/GaN HEMT沟道温度测试研究

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中国测试 2024年第3期50卷 13-18,44页

作者：王瑞泽郭怀新付志伟尹志军李忠辉陈堂胜微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室江苏南京210000 电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室广东广州510000

针对现有温度测试技术难以满足GaN器件寿命、可靠性以及热管理控制对沟道温度精确评估的需求,开展基于微区拉曼法测定AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的沟道温度的研究。使用拉曼系统测量GaN材料的E2声子频率特征峰来确定沟道温度。... 详细信息

针对现有温度测试技术难以满足GaN器件寿命、可靠性以及热管理控制对沟道温度精确评估的需求,开展基于微区拉曼法测定AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的沟道温度的研究。使用拉曼系统测量GaN材料的E2声子频率特征峰来确定沟道温度。通过使用洛伦兹拟合方法,提高拉曼测试结果精度。对微区拉曼法和红外热成像法测量器件结温进行量化研究,器件的直流输出功率密度分别为6、8、10 W/mm时基于微区拉曼法测得的GaN器件沟道温度分布为140.7、176.7、213.6℃;基于红外热成像法测得的温度分布为132.0、160.2、189.8℃。其测试精度相对红外法分别提升6.6%,10.3%和12.5%,同时尝试探索沟道深度方向的温度测量,实现沟道下3μm的温度测量,结果表明微区拉曼法有更高的测试精度,对器件结温的测量与评估以及热管理技术的提升都有重要意义。

关键词：微区拉曼法 AlGaN/GaN HEMT 沟道温度红外热成像法

国产6.5 kV/400 A SiC MOSFET模块研制及电气特性研究

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中国电机工程学报 2024年第10期44卷 4012-4025,I0022页

作者：魏晓光吴智慰唐新灵杜玉杰杨霏李学宝赵志斌吴沛飞徐云飞齐磊李士颜单云海北京智慧能源研究院北京市昌平区102209 新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 先进输电技术全国重点实验室(国网智能电网研究院有限公司) 北京市昌平区102209 宽禁带半导体电力电子器件全国重点实验室(南京电子器件研究所) 江苏省南京市210016

为满足当前新型电力系统中电能变换装备对器件高压、大容量、工作频率高、开关损耗低的需求,文中自主研制一款国内最高功率等级的6.5 kV/400 A碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor... 详细信息

为满足当前新型电力系统中电能变换装备对器件高压、大容量、工作频率高、开关损耗低的需求,文中自主研制一款国内最高功率等级的6.5 kV/400 A碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)模块,并对其电气特性开展研究。首先,对模块的电路与封装结构进行设计,通过热仿真和阻抗测量手段,对所研制模块的热特性以及回路寄生参数进行分析;其次,对所研制的模块开展常温(25℃)及高温(150℃)下的静态、动态特性测量。测量结果表明,在常温、高温条件下,模块的阻断漏电流与栅源极漏电流微小,且开关损耗维持一致,具备较好的耐高温特性。同时,相较于同电压电流规格的硅绝缘栅双极型晶体管器件,模块开关损耗可降低72%以上。最后,搭建碳化硅器件连续运行工况实验平台,模拟器件在换流装备中的实际运行工况,对模块进行半桥正弦脉宽调制逆变连续运行实验。连续运行实验结果表明,该模块在电压3600 V、器件电流峰值280 A条件下连续运行1h无异常,初步验证模块具备工程应用能力。研究可为高压碳化硅MOSFET的研制及工程应用提供一定支撑。

关键词：碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管模块封装结构设计静态特性动态特性连续运行实验

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的4GS/s、14 bit数模转换器

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南京邮电大学学报（自然科学版） 2024年第3期44卷 42-47页

作者：张翼戚骞张有涛韩春林王洋张长春郭宇锋南京邮电大学集成电路科学与工程学院江苏南京210023 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室江苏南京210023 东南大学毫米波国家重点实验室江苏南京210096 微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室江苏南京210016 南京国博电子股份有限公司江苏南京210016 南京工业职业技术大学电子信息工程学院、集成电路学院江苏南京210023

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计了超高速高精度数模转换器(DAC),其时钟采样率为4 GS/s、精度为14 bit。为满足4 GHz处理速度,该DAC中所有电路均采用异质结晶体管(HBTs)搭建。为了降低功耗和节约面积,本设计采用10+4分段译码的方式,... 详细信息

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计了超高速高精度数模转换器(DAC),其时钟采样率为4 GS/s、精度为14 bit。为满足4 GHz处理速度,该DAC中所有电路均采用异质结晶体管(HBTs)搭建。为了降低功耗和节约面积,本设计采用10+4分段译码的方式,其中低10位电流舵使用R-2R梯形电阻网络,而高4位使用温度计码结构。仿真结果表明,所设计DAC的DNL、INL分别为0.54 LSB和0.39 LSB,全奈奎斯特频域内的无杂散动态范围均大于82 dBc。在3.3 V和5 V混合电源供电下,整个DAC的平均功耗为2.39 W。芯片总面积为11.22 mm^(2)。

关键词：数模转换器 SiGe HBT 电流模逻辑电流舵

GaAs微波功率FET的可靠性与功率特性的关系

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固体电子学研究与进展 2008年第3期28卷 377-382页

作者：陈堂胜南京电子器件研究所单片集成电路与模块国家级重点实验室南京210016

采用射频最大饱和漏电流和射频击穿电压解释了影响GaAs微波功率FET功率特性的主要因素,GaAs FET栅漏间半导体表面负电荷的积累在引起器件电流偏移的同时还导致器件微波功率特性的退化,GaAs微波功率FET的可靠性和功率特性相互关联,高可靠... 详细信息

采用射频最大饱和漏电流和射频击穿电压解释了影响GaAs微波功率FET功率特性的主要因素,GaAs FET栅漏间半导体表面负电荷的积累在引起器件电流偏移的同时还导致器件微波功率特性的退化,GaAs微波功率FET的可靠性和功率特性相互关联,高可靠的GaAs微波功率FET一定具有高性能的功率特性。在器件工艺中对表面态密度和陷阱能级密度严格控制是实现GaAs微波功率FET的高功率特性和高可靠性的关键。

关键词：砷化镓微波功率场效应晶体管砷化镓功率赝配高电子迁移率晶体管可靠性动态伏安特性

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应用于收发链路多模块级联的优化设计方法

电子技术应用 2024年第5期50卷 77-83页

作者：余秋实郭润楠陈昊庄园梁云闫昱君吴霞葛逢春王维波陶洪琪南京电子器件研究所固态微波器件与电路全国重点实验室江苏南京210016

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... 详细信息

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°。

关键词：多模块级联 X/Ku波段砷化镓赝配高电子迁移率晶体管单片微波集成电路相控阵收发芯片

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AlGaN/GaN HFET的优化设计

固体电子学研究与进展 2007年第2期27卷 163-169页

作者：薛舫时单片集成电路与模块国家级重点实验室南京电子器件研究所南京210016

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了不同掺杂方式下异质结能带和二维电子气的行为。发现掺杂能剪裁异质结能带的弯曲度、控制电子气的二维特性和浓度。在此基础上研究了不同掺杂方式的掺杂效率。通过掺杂和势垒结构的优化设计,... 详细信息

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了不同掺杂方式下异质结能带和二维电子气的行为。发现掺杂能剪裁异质结能带的弯曲度、控制电子气的二维特性和浓度。在此基础上研究了不同掺杂方式的掺杂效率。通过掺杂和势垒结构的优化设计,得出了用δ掺杂加薄AlN隔离层的结构,既提高了电子气浓度,又保持电子气的强二维特性。从电子气浓度和栅对电子气的控制力度出发,提出了HFET势垒优化设计中的电子气浓度与势垒层厚度乘积规则。依据二维表面态理论,研究了表面态随帽层掺杂结构的变化。从前述乘积规则和表面态变化出发进行了内、外沟道异质结构的优化设计。优化结构既提高了电子气浓度和跨导,降低了欧姆接触电阻,又抑制了电流崩塌。

关键词：铝镓氮/氮化镓异质结场效应管优化设计势垒层掺杂效率电子气浓度与势垒层厚度乘积表面态无电流崩塌设计

SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的热分析与测试

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固体电子学研究与进展 2007年第4期27卷 476-480,502页

作者：任春江陈堂胜焦刚李肖薛舫时李拂晓单片集成电路与模块国家级重点实验室南京电子器件研究所南京210016

对SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的结温进行了理论计算与实测。计算中考虑了衬底材料热导率随温度的变化以及器件源、漏电阻上的热损耗,不同耗散功率下的理论计算与红外显微镜实测结果比较表明,两者相差最大不超过10℃。由于理论计算结果是在... 详细信息

对SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的结温进行了理论计算与实测。计算中考虑了衬底材料热导率随温度的变化以及器件源、漏电阻上的热损耗,不同耗散功率下的理论计算与红外显微镜实测结果比较表明,两者相差最大不超过10℃。由于理论计算结果是在解析解的基础上运用计算机迭代计算获得,所耗时间较短,故这一结果对于改善器件结构以提高AlGaN/GaN HEMT及其MMIC电路的性能将有较大帮助。

关键词：氮化镓宽禁带热分析红外显微镜