锯齿型源漏结构的新型InP基HEMT器件

毫米波晶体管的制作技术是微波电路设计和制造的基础.从优化器件结构的角度,提出了一种锯齿型源漏的新型InP基HEMT器件.实验证明,采用这种结构可以减少光刻过程中临近效应的影响,改善源漏的图形形貌,提高器件制做的成品率.获得了具有良好直流和微波特性的晶体管,其跨导达到1050mS/mm,阈值电压为-1.0V,截止频率达到120GHz.     

双层InGaAs沟道InP HEMT

阐述了一种新型的In0.80Ga0.02As／In0.053。Ga0.47 As双沟道InP HEMT结构。采用这种双沟道结构能够有效地提高沟道中电子的迁移率,减小碰撞电离对HEMT性能的影响;从而既显著提高了HEMT的截止频率,又可获得很高的直流输出电流．0．35μ栅长HEMT器件的电流增益截止频率达到120GHz,饱和电流密度、跨导达到790mA/mm、1 050mS／mm,栅极击穿电压和通态击穿电压分别为5V和3．2V。     

国外InP HEMT和InP HBT的发展现状及应用

在毫米波段,InP基器件由于其具有高频、高功率、低噪声及抗辐射等特点,成为人们的首选,尤其适用于空间应用.InP HEMT和InP HBT已在卫星、雷达等军事应用中表现出了优异的性能.分别介绍了InP HEMT和InP HBT器件及电路的发展现状,现在能达到的最高性能及主要生产公司等,其中InP HEMT又分别按低噪声和功率进行了详细介绍.介绍了它们在军事上的主要应用,以具体的应用实例介绍了在卫星相控阵雷达系统天线中的T/R模块中、航天器和地面站的接收机中、以及雷达和通信系统中的应用情况、达到的性能及可靠性等.并根据国外InP器件和电路的发展现状总结了其未来发展趋势.     

InP-HEMT的发展现状及其应用

从结构和性能两个方面阐述了 In P-HEMT的发展现状 ,并对其应用进行了简单描述。     

Squeezed state generation using cryogenic InP HEMT nonlinearity

This study focuses on generating and manipulating squeezed states with two external oscillators coupled by an InP HEMT operating at cryogenic temperatures. First, the small-signal nonlinear model of the transistor at high frequency at 5 K is analyzed using quantum theory, and the related Lagrangian is theoretically derived. Subsequently, the total quantum Hamiltonian of the system is derived using Legendre transformation. The Hamiltonian of the system includes linear and nonlinear terms by which the effects on the time evolution of the states are studied. The main result shows that the squeezed state can be generated owing to the transistor’s nonlinearity; more importantly, it can be manipulated by some specific terms introduced in the nonlinear Hamiltonian. In fact, the nonlinearity of the transistors induces some effects, such as capacitance, inductance, and second-order transconductance, by which the properties of the external oscillators are changed. These changes may lead to squeezing or manipulating the parameters related to squeezing in the oscillators. In addition, it is theoretically derived that the circuit can generate two-mode squeezing. Finally, second-order correlation (photon counting statistics) is studied, and the results demonstrate that the designed circuit exhibits antibunching, where the quadrature operator shows squeezing behavior.     

具有HEMT和MMIC的Ku波段低噪声放大器

本文介绍了由HEMT和MMIC组成的一种新颖的Ku波段低噪声放大器,放大器第一级采用了HEMT和反馈技术以同时获得噪声和增益的最佳化,讨论了这种放大器的设计,MMIC采用了二次混合微波集成,放大嚣输入和输出端均为BJ-120波导。在11.7—12.2GHz频率下,放大器噪声系数小于1.9dB,增益大于27±0.25dB,输入和输出驻波比小于1.4。     

3 mm 频段InP HEMT 低噪声器件研究

通过优化设计材料纵向结构,得到了满足3 mm频段工作的InP外延材料结构,最终采用外延工艺制作了InP外延材料。设计了3 mm频段InP HEMT器件横向结构,确定合适源漏间距和单指栅宽,基于InP外延材料采用自主研发流片工艺,优化了欧姆接触工艺,最终制作成功3 mm频段InP HEMT低噪声器件。测试结果表明,在频率为75～110 GHz,Uds为1.2 V,Ugs为-0.1 V时,InP HEMT单胞器件最大增益大于9 dB,噪声系数1.2 dB。     

A voltage-controlled ring oscillator using InP full enhancement-mode HEMT logic

A voltage-controlled ring oscillator (VCO) based on a full enhancement-mode InAIAs/InGaAs/InP high electron mobility transistor (HEMT) logic is proposed. An enhancement-mode HEMT (E-HEMT) is fabricated, whose threshold is demonstrated to be 10 mV. The model of the E-HEMT is established and used in the SPICE simulation of the VCO. The result proves that the full E-HEMT logic technology can be applied to the VCO. And compared with the HEMT DCFL technology, the complexity of our fabrication process is reduced and the reliability is improved.     

基于InP全增强HEMT逻辑的环形压控振荡器研究

A voltage-controlled ring oscillator （VCO） based on a full enhancement-mode InAlAs/InGaAs/InP high electron mobility transistor （HEMT） logic is proposed. An enhancement-mode HEMT （E-HEMT） is fabricated, whose threshold is demonstrated to be 10 mV. The model of the E-HEMT is established and used in the SPICE simulation of the VCO. The result proves that the full E-HEMT logic technology can be applied to the VCO. And compared with the HEMT DCFL technology, the complexity of our fabrication process is reduced and the reliability is improved.     

应用一种新T形栅版图设计方法的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

在蓝宝石衬底上制作AlGaN/GaN高电子迁移率品体管.由于使用了一种全新的T形栅电子束曝光版图,因此可以自由地改变T形栅的宽窄比(T形栅头部尺寸与栅长的比值)并优化T形栅的形状.所得的0.18μm栅长的器件,其特征频率(fT)为65GHz,T形栅的宽窄比为10.同时,测得的峰值跨导为287mS/mm,最大电流街度为980mA/mm.     

应用一种新T形栅版图设计方法的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

在蓝宝石衬底上制作AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管. 由于使用了一种全新的T形栅电子束曝光版图,因此可以自由地改变T形栅的宽窄比（T形栅头部尺寸与栅长的比值）并优化T形栅的形状. 所得的0.18μm栅长的器件,其特征频率（fT）为65GHz, T形栅的宽窄比为10. 同时,测得的峰值跨导为287mS/mm,最大电流密度为980mA/mm.     

75 GHz 13.92 dBm InP DHBT 共射共基功率放大器

报道了基于InP基双屏质结双板晶体管(DHBT)工艺的四指共射共基75 GHz微波单片集成(MMIC)功率放大器,器件的最高振荡频率fmax为150 GHz.放大器的输出极发射极面积为15μm×4μm.功率放大器在75 GHz时功率增益为12.3 dB,饱和输出功率为13.92 dBm.放大器在72.5 GHz处输入为2 dBm时达到最大输出功率14.53 dBm.整个芯片传输连接采用共面波导结构,芯片面积为1.06 mm×0.75 mm.     

一种基于InP DHBT的CB Stack功率放大器设计北大核心

设计了一种中心频率为75 GHz的单级MMIC功率放大器，基于0.8μm InP DHBT器件制造，该器件ft/fmax为171/250 GHz。电路采用两层共基堆叠(CB Stack)结构，其中下层共基偏置采用基极直接接地，输入端发射极采用-0.96 V负压供电的方式，偏置电压Vc2为4 V。为了提高输出功率，上下两层器件进行了四指并联设计。此外，采用同样器件设计了另外一款下层共射的传统Stack结构电路。通过大信号仿真对CB Stack与国际上部分先进工艺下InP基的传统Stack结构电路性能进行对比，CB Stack结构在增益和峰值PAE上都比传统Stack有更好的表现。     

基于GaN HEMT工艺的高功率宽带6 bit数字移相器

基于GaN HEMT工艺研制了一款8～12.5 GHz宽带6 bit数字移相器.通过采用优化的宽带拓扑和集总元件,以及在片上集成GaN并行驱动器,提高了移相精度,缩小了芯片的尺寸,减少了控制端数量.测试结果表明,在8～12.5 GHz频带内,全部64个移相状态下,插入损耗小于11 dB,输入回波损耗小于-14 dB,输出回波损耗小于-16 dB,移相均方根误差小于1.8°,幅度变化均方根误差小于0.5 dB.在8 GHz频率下,1 dB压缩点输入功率高达33 dBm.芯片尺寸为5.05 mm×2.00 mm×0.08 mm.     

Ku波段宽带氮化镓功率放大器MMIC

基于0.25μm栅长GaN HEMT工艺,采用三级放大拓扑结构设计了一款Ku波段GaN功率放大器.放大器设计从建立大信号模型出发,输出匹配网络和级间匹配网络均采用电抗匹配减小电路的损耗,从而提高整体放大器的功率效率.测试结果表明,该放大器在14.6~18GHz频带内,小信号增益30dB,脉冲饱和输出功率达15W,功率附加效率(PAE)大于32%;在14.8GHz频点处,放大器的峰值功率达19.5W,PAE达39%.该结果表明GaN MMIC具有高频高功率高效率的优势,具有广阔的应用前景.     

应用于大功率MMIC开关的AlGaN背势垒GaN HEMT

报道了应用于大功率开关的AlGaN背势垒0.25μm GaN HEMT。通过引入AlGaN背势垒,MOCVD淀积在3英寸SiC衬底上的AlGaN/GaN异质结材料缓冲层的击穿电压获得了大幅度的提升,相比于普通GaN缓冲层和掺Fe GaN缓冲层击穿电压提升幅度分别为4倍和2倍。采用具有AlGaN背势垒AlGaN/GaN 外延材料研制的GaN HEMT开关管在源漏间距为2μm、2.5μm、3μm、3.5μm和4μm时,估算得到的关态功率承受能力分别为25.0W、46.2W、64.0W、79.2W和88.4W。基于源漏间距为2.5μm的GaN HEMT开关管设计了DC-12GHz的单刀双掷MMIC开关。该开关采用了反射式串-并-并结构,整个带内插入损耗最大1.0dB、隔离度最小30dB,10GHz下连续波测试得到其功率承受能力达44.1dBm。     

高性能AlGaN/GaN HEMT的肖特基特性

研究了Al GaN/GaN HEMT制备中相关工艺对器件肖特基特性的影响,并对工艺进行了优化。首先研究了表面处理对器件肖特基势垒特性的影响,对不同的表面处理方法进行了比较,发现采用氧等离子体处理,并用V(HF)∶V(H2O)=1∶5溶液清洗刻蚀后的表面,可以有效减小表面态密度,未经处理的样品肖特基接触理想因子为2.6,处理后理想因子减小到1.8。对Si N钝化膜的折射率与肖特基特性的关系进行了研究,发现Si N钝化膜的折射率为2.3～2.4时,钝化对肖特基特性的影响较小,但反向泄漏电流较大。     

InAlAs/InGaAs/InP HEMT欧姆接触研究

应用Au/Ge/Ni系金属在InAlAs/InGaAs/InP HEMT上成功制作了良好的合金欧姆接触。采用WN和Ti双扩散阻挡层工艺优化欧姆接触,在样品上获得了最低9.01×10-8Ω.cm2的比接触电阻,对应的欧姆接触电阻为0.029Ω.mm。同时,在模拟后续工艺环境的20min250°C热处理后,器件的欧姆接触性能无显著变化,表明其具有一定的温度稳定性。     

（英）D波段InP基高增益、低噪声放大芯片的设计与实现

利用90-nm InAlAs/InGaAs/InP HEMT工艺设计实现了两款D波段（110~170 GHz）单片微波集成电路放大器。两款放大器均采用共源结构,布线选取微带线。基于器件A设计的三级放大器A在片测试结果表明：最大小信号增益为11.2 dB@140 GHz,3 dB带宽为16 GHz,芯片面积2.6×1.2 mm2。基于器件B设计的两级放大器B在片测试结果表明：最大小信号增益为15.8 dB@139 GHz,3dB带宽12 GHz,在130~150 GHz频带范围内增益大于10 dB,芯片面积1.7×0.8 mm2,带内最小噪声为4.4 dB、相关增益15 dB@141 GHz,平均噪声系数约为5.2 dB。放大器B具有高的单级增益、相对高的增益面积比以及较好的噪声系数。该放大器芯片的设计实现对于构建D波段接收前端具有借鉴意义。     

W及以上波段MMIC放大器的研究进展

在阐述W及以上波段MMIC放大器性能的基础上,回顾了以InP HEMT MMIC放大器为主流技术的W及以上波段MMIC放大器的研究进展,介绍了基于InP HBT、GaAs MHEMT和SbHEMT的MMIC放大器的研制水平,指出目前研制的W及以上波段MMIC放大器的应用领域,突显其在MMIC高端技术领域的重要性.针对欧美国家在该领域飞速发展而我国处于相对劣势的现状,对我国研发W及以上波段MMIC放大器提出初步建议.