内匹配型Ku波段大功率器件的设计与实现.pdf

河北工业大学
硕士学位论文
内匹配型Ku波段大功率器件的设计与实现
姓名:吴小帅
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:杨瑞霞
20061201
河北工业大学硕士学位论文
内匹配型 Ku 波段大功率器件
的设计与实现

摘要

主要研究了 Ku 波段微波功率器件内匹配技术,解决了 Ku 波段 GaAs 微波大功率器件
实现的技术途径,成功研制出内匹配型 Ku 波段(~)15W 大功率器件。
一个内匹配型 GaAs 功率器件由管芯、管壳和输入、输出内匹配电路组成,即将有源
管芯与无源微波匹配元件封装在标准化的管壳内,在一定的微波频段内实现功率放大。
首先,在管芯的工艺设计过程中,利用挖槽控制沟道厚度,并采用了坡度槽、栅偏源
结构,有效改善了器件击穿电压。在器件钝化工艺中,研究了通过调整 He/N2 比例,控制 H
含量,有效地降低了 SiN 膜应力。通过大量合金条件的实验,确定了欧姆接触的优化工艺,
研制出了总栅宽为 、栅长为 um 的 GaAs 功率 HFET。然后对 HFET 管芯进行阻
抗匹配,使用键合引线电感和高介陶瓷电容等匹配元件构成 LC 匹配电路,对管芯端口阻
λ
抗进行变换,再通过阻抗变换线匹配至 50Ω,两管芯用功分器进行功率合成,并利用
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ADS 软件,对匹配电路进行优化,依据得到的元件参数值,制备匹配元件。管芯和匹配元
件需封装在管壳内,因此对管壳进行了电学和热学分析,设计了三级台阶的新结构,满足
了 Ku 波段高频平面传输的要求。并对测试系统进行了改进,设计制作的测试盒具有较小
的损耗,且平坦度较好。最后,通过烧结、键合把管芯和匹配元件装配在管壳内,调整匹
配电路,使管芯发挥出更好的性能。经调试后,两个 栅宽管芯功率合成的器件,
饱和漏电流 Idss=300 mA/mm,跨导 Gm=390mS/mm,源漏击穿电压 BVsd=14V/5mA,当 Vds=9V,输
入Pin=35dBm 时,在 f=~ 频段内,输出功率 Po >42dBm ,功率增益 Gp >7dB,
功率附加效率 PAE>36%,两管芯合成效率大于 90%,其中在 GHz 频率点,输出功率
达到 ,增益 。
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内匹配型 Ku 波段大功率器件的设计与实现


关键词:内匹配,HFET,Ku 波段,匹配元件,功率合成
























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河北工业大学硕士学位论文
FABRICATION OF KU BAND HIGH POWER
INTERNALLY-MATCHED DEVICE
ABSTRACT
The internally matching of Ku band microwave power device is mainly researched. And the
technological approach of Ku band GaAs microwave high power device is resolved. In the Ku
band(~),the internally matched 15W high power device is fabricated essfully.
An internally matching GaAs power device is made up of chips, package, input internally
matching circuit and output internally matching circuit. Namely, the active chips and the passive
microwave ponents are packaged standardly to amplify the power in a certain
microwave band.
First of all, in the design of chip processes, the process of recess etching controls the recess
thickness. And the gradient recess and the structure of gate closed to sou