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近期，微電子所高頻高壓中心GaN研究團(tuán)隊(duì)在劉新宇研究員帶領(lǐng)下,在高頻高效率器件、限幅器、電源驅(qū)動(dòng)電路等研究方向進(jìn)行了創(chuàng)新性研究和探索,取得了重要進(jìn)展。

在高頻高效率器件方向,團(tuán)隊(duì)采用LP-SiN結(jié)合ALD超薄柵介質(zhì)技術(shù)制備的0.15μm 柵長(zhǎng)AlGaN/GaN毫米波 MIS-HEMT功率器件,解決了現(xiàn)有HEMT器件肖特基漏電大、效率低的問(wèn)題,在連續(xù)波測(cè)試條件中,30GHz的功率附加效率(PAE)為49.7% 功率密度為5.90W/mm。

在限幅器方向,團(tuán)隊(duì)采用全GaN SBD-MMIC技術(shù)的限幅器, 利用全GaN肖特基勢(shì)壘二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)的單片微波集成電路(全GaN SBD-MMIC)技術(shù),研制的限幅器顯示出高在連續(xù)波模式(CW)下,入射功率超過(guò)50W脈沖模式下為125 W,插入損耗(IL)小于1dB@8GHz,具備39納秒的創(chuàng)紀(jì)錄的快速恢復(fù)時(shí)間,拓展了寬禁帶材料在GaN SBD的限幅器領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

在電源驅(qū)動(dòng)電路方向,團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一款GaN基單片包絡(luò)跟蹤電源調(diào)制器,集成了傳統(tǒng)GaN開(kāi)關(guān)功率放大器所需要的預(yù)防大級(jí)并采用了雙端反自舉電路,實(shí)現(xiàn)了對(duì)20MHz帶寬,6.5dB的射頻包絡(luò)信號(hào)的跟蹤;采用電源調(diào)制器對(duì)連續(xù)F類PA進(jìn)行供電實(shí)現(xiàn)包絡(luò)跟蹤功率放大器應(yīng)用,在2.7GHz載波頻率,20MHz信號(hào)帶寬,6.5dB峰均功率比及30.6dBm的輸出功率下,系統(tǒng)效率比單獨(dú)PA效率提升8%。

上述研究得到多個(gè)重要任務(wù)的支持,成果分別以Ka band GaN MIS-HEMT with ALD-SiN gate dielectric and Lp-SiN passivation layer、Record Fast Recovery Performance from Microwave High-Power Limiters with All-GaN SBD-MMIC Technology:39ns@100W和A Monolithic GaN Based Supply Modulator with Dual-Antibootstrap Level Shifter for Envelope Tracking Application為題入選2024年國(guó)際微波會(huì)議(IMS2024),并應(yīng)邀作口頭報(bào)告。

2024國(guó)際微波研討會(huì)(International Microwave Symposium 2024) 是由電氣與電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)微波理論和技術(shù)分會(huì)(MTT-S)主辦,已有70多年歷史,涵蓋了射頻、微波、毫米波等領(lǐng)域,從模塊設(shè)計(jì)到系統(tǒng)應(yīng)用的所有方向,是微波領(lǐng)域的頂級(jí)會(huì)議之一。

圖1 毫米波器件功率測(cè)試結(jié)果

圖2 限幅器技術(shù)路線及性能指標(biāo)

圖3 包絡(luò)跟蹤功率放大器效率提升曲線(對(duì)比F類功率放大器)

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心