【摘 要】
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针对传统开关滤波器组件体积庞大、重量重、调试复杂、集成度低的问题,设计并制作了一种小型化六通道毫米波硅基MEMS三维异构集成开关滤波器件.该器件以四层堆叠的高阻硅材料为衬底,工作频段覆盖18～40 GHz,内部集成了 6款小型化空间堆叠的MEMS滤波器和2个单片开关,采用3D-TSV(硅通孔)异构集成工艺,实现了开关与滤波器组的晶圆级集成.为了优化毫米波频段集成滤波器性能,提出了 MEMS混合交叉耦合多层堆叠SIW(基片集成波导)滤波器拓扑结构,且其工艺与整个开关滤波器件兼容,极大提升了滤波器的带外抑制.
【机 构】
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东南大学毫米波国家重点实验室,南京,210096;南京电子器件研究所,南京,210016;南京电子器件研究所,南京,210016;南京电子器件研究所,南京,210016;微波毫米波单片集成和模块电路重
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针对传统开关滤波器组件体积庞大、重量重、调试复杂、集成度低的问题,设计并制作了一种小型化六通道毫米波硅基MEMS三维异构集成开关滤波器件.该器件以四层堆叠的高阻硅材料为衬底,工作频段覆盖18～40 GHz,内部集成了 6款小型化空间堆叠的MEMS滤波器和2个单片开关,采用3D-TSV(硅通孔)异构集成工艺,实现了开关与滤波器组的晶圆级集成.为了优化毫米波频段集成滤波器性能,提出了 MEMS混合交叉耦合多层堆叠SIW(基片集成波导)滤波器拓扑结构,且其工艺与整个开关滤波器件兼容,极大提升了滤波器的带外抑制.经测试,该开关滤波器件带内插损＜8.2 dB(包括2个开关共约4 dB的损耗),反射损耗＞10 dB,带边1 GHz处带外抑制＞40dBc.该器件体积仅19.0 mm×16.5 mm×1.1 mm,比传统开关滤波器体积减小了99.7％.
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采用SiC衬底0.45μm GaN HEMT工艺,设计了一款GaN混合集成两级非对称Doherty功放,在较大的回退状态下仍具有较高的效率.为了减小芯片尺寸,采用无源集总元件搭建功率分配器,同时采用π型结构替代1/4λ阻抗变换线.测试结果表明:在3.4～3.6 GHz的频率范围内,饱和功率达到45.2 dBm,饱和效率达到53.2％.输出功率回退8 dB时的效率达到40％,线性增益达到24 dB.以80 MHz带宽LTE信号作为输入,经过数字预失真(DPD)技术优化后的邻信道功率比(ACPR)为-50.8
从自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程出发,编制出计算GaN HFET内不同栅、漏电压下沟道能带、电子气密度及量子电容的软件,研究场效应管的电荷控制和DIBL.在异质结沟道阱研究中,改变栅电压算出的电子气密度及量子电容同C-V实验测试结果相吻合,证明求解薛定谔方程是研究异质结场效应管电荷控制的有效方法.考虑外沟道渗透到内沟道的电场梯度以后,算出了场效应管的电子气密度及量子电容.场效应管模拟算得的量子电容同实验测得的栅-源和栅-漏电容相吻合.研究了不同栅、漏电压和电场梯度渗透下的内沟道能带,发现漏电压引起的电场
使用ATLAS(silvaco)仿真软件研究了不同表面电荷对GaNHEMT器件输运性能的影响.通过改变表面正电荷浓度大小从1012cm-2增加至3×1013cm-2,器件击穿电压先快速减小,后趋于平缓.随表面负电荷浓度大小从1012 cm-2增加至3×1013 cm-2,其击穿电压先快速增加,后趋于不变.在同样设定的表面电荷状态下,随表面正电荷浓度增加,其漏极饱和电流先快速增加,后趋于不变,相较于无表面电荷时,漏极饱和电流最大增加了 7.3％.随表面负电荷浓度增加,其漏极饱和电流先快速减小,后趋于不变,相
半导体表面的研究对了解半导体材料的表面形貌、原子结构、材料生长以及电学性质等具有重要意义,其中半导体表面的台阶结构对材料生长起着重要的作用.基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对GaN(0001)表面台阶的原子构型和电子结构等性质进行了计算.对符合化学计量比的(Ga2,N1)台阶进行结构优化后发现,GaN表面Ga原子出现向上向下交替弛豫现象.电荷密度分布图和能带结构结果表明,向上弛豫的Ga原子出现电荷分布,其能带处于费米能级以下,向上弛豫的Ga原子贡献表面态.部分态密度结果表明,不同的台阶边缘具有不同的
利用Silvaco-TCAD半导体器件仿真软件研究了恒流二极管水平沟道结构对器件恒流值(IH)、夹断电压(VP)、阻断电压(VR)及恒流值温度稳定性的影响.提出了一种新型双层外延水平沟道恒流二极管器件结构,降低了沟道两侧峰值电场强度.研制出的样品的电参数和温度稳定性得到了改善.
无掩膜版直接图形化制备非晶氧化物场效应晶体管的方法在透明电子学领域受到了广泛关注.提出了一种简易可行的采用电流体打印技术制备高性能的铟锌氧化物In-Zn-O(IZO)底栅型场效应晶体管.在氧化物表面打印自组装单分子膜作为湿法刻蚀的化学保护层,制备了轮廓清晰的线条型IZO场效应晶体管.直写式制备的底栅型IZO晶体管展现了优良的电学性能:极低的漏电流(＜1nA)、高电子迁移率[2.0cm2/(V·s)]、合理的通断比(3.1×104)和较高的器件稳定性.实验结果为无掩膜版制备高性能氧化物晶体管提供了全新的方法
主要研究了垂直氮化镓鳍式功率场效应晶体管的器件特性.利用理论计算和器件模拟,系统地设计和优化了 n型氮化镓漂移层的掺杂浓度和厚度以及鳍宽度的参数,使得击穿电压和导通电阻达到最佳的折衷.经过最终优化后,当n型氮化镓漂移层的掺杂浓度、漂移层的厚度、鳍宽度分别为5×1015 cm-3、10μm、0.2μm时,得到高击穿电压为1 150V、低导通电阻为1.01mΩ·cm2、高Baliga优值为1.31GW/cm2.结果表明,通过本文方法优化的垂直氮化镓鳍式功率场效应晶体管可用于大功率和高压场合.
提出了一种改进的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMTs)的小信号和大信号模型.该小信号模型通过改进拓扑结构来提升对高频下分布式效应的拟合,对比栅宽为4×30 μm的100 nm栅长GaN HEMT器件,在110 GHz内的平均拟合误差为3.48％.在非线性电流模型中,改进的电流方程提升了对低栅压下直流Ⅰ-Ⅴ特性的拟合精度,通过结合非线性电容模型,构建了GaN HEMT大信号模型.对比35 GHz负载牵引系统的测试数据,大信号模型仿真结果表明,改进的非线性模型对GaN HEMT大信号特性有良好的预测能
采用0.5 μm GaAs pHEMT工艺研制了一款0.1～2.0 GHz的高线性度低噪声放大器芯片.针对偏置电压随电源波动的问题,提出一种新型的具有稳压功能的有源偏置电路,既能补偿放大管阈值电压随温度的变化,又不受电源电压波动影响,同时在放大管的栅源两端增加反馈电容,以改善线性度与输入输出匹配度.测试结果显示,在频带内最大增益可达23 dB,噪声系数小于1.4dB,OIP3大于35 dBm,P1dB大于23 dBm,芯片尺寸为1.00 mm×0.95 mm.
针对ADC对线性限幅器线性度的不同需求,而开启功率电平是影响限幅器线性度的关键参数,探究了GaAs和Si基PIN二极管限幅器在30～300 MHz频率内的开启功率电平.提出多颗二极管堆叠的限幅器结构,提高了限幅器的开启功率电平,从而改善了限幅器的线性度.测试结果表明:在30～300 MHz频率下,采用自研和M/A-COM的PIN二极管堆叠结构的限幅器插损≤0.2dB,回波损耗≥19 dB,相较于未堆叠结构开启功率电平提高了8～9dB.该研究证明堆叠结构可以有效改善线性限幅器的线性度.