氮化镓基毫米波段高效率MMIC功率放大器研究
发布时间：2024-02-27 03:23
功率放大器作为收发组件中的核心部件,已经在军用航天领域以及民用通信领域中得到广泛的应用。随着通信技术和航天技术的不断发展,体积更小、频率更高、输出功率更大成为功率放大器的重要发展趋势。单片微波集成电路(MMIC)功率放大器以其小型化、高集成度的特点毋庸置疑地成为最佳选择。同时,氮化镓材料作为第三代半导体材料的代表,具有击穿场强大、电子迁移率高以及禁带宽度宽等诸多优点,使氮化镓半导体器件能够在较高频率下输出较大的功率,备受相关研究者的青睐。本文首先介绍了AlGaN/GaN HEMT器件的工作机理,其次对MMIC制备工艺进行介绍,主要提出了一种背通孔循环刻蚀方案并研究了刻蚀条件对通孔形貌的影响。接着本文对MMIC电路中涉及的无源元件建立了可伸缩等效电路模型,针对有源器件提出了一种提取寄生模型参数的方法,研究了温度以及不同器件结构对小信号模型参数的影响,并建立了大信号模型。然后本文分析了提升功放效率的方案基于该方案研制了一款X波段高效率MMIC功率放大器。最终,针对毫米波频段MMIC功率放大器应用需求,设计了两款Q波段MMIC功率放大器。本文主要研究成果如下:(1)优化了背通孔刻蚀工艺,采用...
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 氮化镓基材料及器件优势
1.2 GaN HEMT器件模型研究
1.2.1 器件模型研究意义
1.2.2 器件模型研究进展
1.3 GaN MMIC功率放大器研究进展
1.4 本文研究内容及结构安排
第二章 AlGaN/GaN HEMT工作原理及MMIC制备工艺
2.1 AlGaN/GaN HEMT器件工作原理
2.1.1 GaN材料的极化效应
2.1.2 AlGaN/GaN HEMT器件基本结构
2.1.3 AlGaN/GaN HEMT器件测试表征
2.2 AlGaN/GaN HEMT MMIC正面关键工艺技术
2.2.1 表面清洗
2.2.2 欧姆接触
2.2.3 MESA刻蚀
2.2.4 第一次SiN钝化处理
2.2.5 淀积Ni Cr薄膜
2.2.6 栅槽刻蚀及源漏开孔
2.2.7 栅金属蒸发
2.2.8 互连金属蒸发
2.2.9 第二次SiN钝化处理以及互连开孔
2.2.10 空气桥光刻及二层互连电镀
2.3 AlGaN/GaN HEMT MMIC背通孔精细刻蚀技术研究
2.3.1 AlGaN/GaN HEMT MMIC背面关键工艺
2.3.2 背通孔精细刻蚀技术研究
2.4 本章小结
第三章 AlGaN/GaN HEMT MMIC器件模型研究
3.1 无源元件模型研究
3.1.1 MIM电容
3.1.2 薄膜电阻
3.1.3 螺旋电感
3.2 有源器件小信号模型研究
3.2.1 GaN HEMT小信号模型及参数提取方法
3.2.2 温度对GaN HEMT小信号模型影响研究
3.2.3 Fin结构的GaN HEMT小信号模型影响研究
3.3 有源器件大信号模型建立
3.4 本章小结
第四章 X波段高效率MMIC功率放大器设计
4.1 功率放大器主要技术指标
4.1.2 增益
4.1.3 效率
4.1.4 功率输出能力
4.1.5 1dB压缩点(P-1dB)
4.1.6 工作频率带宽
4.2 功率放大器效率提升技术
4.2.1 功率放大器工作机理分析
4.2.2 功率放大器效率提升方案
4.3 X波段高效率MMIC功率放大器设计
4.3.1 拓扑结构选择
4.3.2 匹配网络设计
4.3.3 原理图仿真优化
4.3.4 版图布局及流片封装测试
4.4 本章小结
第五章 Q波段MMIC功率放大器设计
5.1 Q波段功率放大器驱放设计
5.1.2 设计指标
5.1.3 拓扑结构选择
5.1.4 匹配结构设计
5.1.5 原理图仿真优化及版图布局
5.2 Q波段GaN基 MMIC功率放大器设计
5.2.2 设计指标
5.2.3 模型库分析及电路拓扑选择
5.2.4 各级匹配结构设计
5.2.5 原理图仿真优化及版图布局
5.2.6 版图-原理图联合仿真
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本论文的主要工作
6.2 下一步工作计划
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3912300
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 氮化镓基材料及器件优势
1.2 GaN HEMT器件模型研究
1.2.1 器件模型研究意义
1.2.2 器件模型研究进展
1.3 GaN MMIC功率放大器研究进展
1.4 本文研究内容及结构安排
第二章 AlGaN/GaN HEMT工作原理及MMIC制备工艺
2.1 AlGaN/GaN HEMT器件工作原理
2.1.1 GaN材料的极化效应
2.1.2 AlGaN/GaN HEMT器件基本结构
2.1.3 AlGaN/GaN HEMT器件测试表征
2.2 AlGaN/GaN HEMT MMIC正面关键工艺技术
2.2.1 表面清洗
2.2.2 欧姆接触
2.2.3 MESA刻蚀
2.2.4 第一次SiN钝化处理
2.2.5 淀积Ni Cr薄膜
2.2.6 栅槽刻蚀及源漏开孔
2.2.7 栅金属蒸发
2.2.8 互连金属蒸发
2.2.9 第二次SiN钝化处理以及互连开孔
2.2.10 空气桥光刻及二层互连电镀
2.3 AlGaN/GaN HEMT MMIC背通孔精细刻蚀技术研究
2.3.1 AlGaN/GaN HEMT MMIC背面关键工艺
2.3.2 背通孔精细刻蚀技术研究
2.4 本章小结
第三章 AlGaN/GaN HEMT MMIC器件模型研究
3.1 无源元件模型研究
3.1.1 MIM电容
3.1.2 薄膜电阻
3.1.3 螺旋电感
3.2 有源器件小信号模型研究
3.2.1 GaN HEMT小信号模型及参数提取方法
3.2.2 温度对GaN HEMT小信号模型影响研究
3.2.3 Fin结构的GaN HEMT小信号模型影响研究
3.3 有源器件大信号模型建立
3.4 本章小结
第四章 X波段高效率MMIC功率放大器设计
4.1 功率放大器主要技术指标
4.1.2 增益
4.1.3 效率
4.1.4 功率输出能力
4.1.5 1dB压缩点(P-1dB)
4.1.6 工作频率带宽
4.2 功率放大器效率提升技术
4.2.1 功率放大器工作机理分析
4.2.2 功率放大器效率提升方案
4.3 X波段高效率MMIC功率放大器设计
4.3.1 拓扑结构选择
4.3.2 匹配网络设计
4.3.3 原理图仿真优化
4.3.4 版图布局及流片封装测试
4.4 本章小结
第五章 Q波段MMIC功率放大器设计
5.1 Q波段功率放大器驱放设计
5.1.2 设计指标
5.1.3 拓扑结构选择
5.1.4 匹配结构设计
5.1.5 原理图仿真优化及版图布局
5.2 Q波段GaN基 MMIC功率放大器设计
5.2.2 设计指标
5.2.3 模型库分析及电路拓扑选择
5.2.4 各级匹配结构设计
5.2.5 原理图仿真优化及版图布局
5.2.6 版图-原理图联合仿真
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本论文的主要工作
6.2 下一步工作计划
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3912300
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