GaN HEMT高效功率放大器电路温度特性研究

研究了GaN HEMT开关功率放大器的交流电流和微波性能随温度的变化.研究结果表明,GaN HEMT的高温退化将导致开关功放工作电流及小信号增益(S_(21))随温度升高逐渐下降,其中GaN HEMT的电压与电容特性的温度变化和膝点电压的高温退化将影响开关功放输出阻抗匹配.在120℃时,开关功放大信号状态下的交流电流退化更明显;同时由于高温退化所导致的阻抗失配,功放的S_(21)增益和输出功率会进一步下降.     

S波段高效E类GaN HEMT功率放大器设计

为了解决E类功率放大器最大工作频率(f max )受晶体管输出电容限制的问题,提出了一种新型的E类功率放大器输出匹配电路结构.该结构能够同时实现对晶体管在基波和谐波下的过剩输出电容进行补偿,一方面提升了E类功率放大器在高频工作时的效率,另一方面也降低了电路的复杂度和实现难度.利用所提出的方法,采用GaN HEMT器件,设计并实现了工作在2.5 GHz的E类功率放大器.测试结果表明,其最大功率附加效率(PAE)达到80%,饱和输出功率为40.1 dBm.     

GaN基高电子迁移率场效应管的可靠性研究

虽然Ga N基高电子迁移率场效应管(HEMT)在高频大功率器件方面具有突出的优势并已经在应用领域取得了重要的进展,但由于Ga N基HEMT器件的材料缺陷密度高、高电场工作环境、Ga N基异质结特有的强极化效应以及工艺复杂等问题,使得Ga N基HEMT的可靠性问题十分突出。这些问题导致现有Ga N基HEMT器件的实际表现一直与其理论值有一定差距。因此,要想实现Ga N基HEMT器件全面、广泛的商业应用,必须对其可靠性做深入的研究分析。在该文中,我们利用不同的测试方法,从不同的角度对Al Ga N/Ga N HEMT的可靠性问题进行了研究。首先,我们观察并讨论了Al Ga N/Ga N HEMT器件输运过程中由载流子的俘获导致的Kink效应。实验表明:载流子俘获过程是由高场诱导的栅极电子注入到栅极下Al Ga N势垒层中深能级的过程;载流子的去俘获过程则是由沟道中的热电子碰撞离化被俘获的电子引起的。其次,我们对Ga N基HEMT器件进行了阶梯电压应力可靠性测试,并观察到了一个临界应力电压,超过这个临界电压后Al Ga N/Ga N HEMT可以从之前的低电压应力引起的退化中逐渐恢复。研究发现:低电压应力引起的器件的退化是由电子在表面态或者体缺陷中被俘获引起的;器件性能的恢复则是由于电场诱导的载流子去俘获机制。最后,我们利用不同的测试方法详细分析了关态下Al Ga N/Ga N HEMT的击穿特性和电流传输机制。我们在三端测试中观察到了与缓冲层相关的Al Ga N/Ga N HEMT的过早硬击穿现象;然后我们利用漏极注入测试方法验证了源-漏间缓冲层漏电的存在。分析结果表明缓冲层漏电是由电场引起的势垒下降、能带弯曲和缓冲层缺陷共同决定的。在电场足够高的时候,缓冲层漏电可以引起Al Ga N/Ga N HEMT过早发生硬击穿。     

输入端谐波抑制的高效E类宽禁带功率放大器

文章提出对E类功率放大器进行谐波抑制的改进设计方法,有效利用输入端信号功率,从而提高功放的功率附加效率;分析了E类功率放大器的工作原理,结合新型宽禁带功率器件利用ADS软件进行了电路仿真设计,并对实际放大器电路进行了实际测试。结果表明,对输入端谐波抑制的改进可以使功率放大器在1.1～1.3GHz频段内输出功率保持在10W以上,功率附加效率达到了79.6%,比改进前E类功率放大器的效率有了明显的提高。     

宽带功率放大器温度可靠性研究

本文通过一系列的实验对宽带放大器的温度可靠性进行了测试和分析.旨在通过环境温度测试及温度突变测试来研究温度对功率放大器直流特性、S参数、RF输出特性和可靠性的影响.实验结果表明,环境温度的升高和突变会引起功率放大器性能发生显著退化.这对射频设备的可靠性研究和设计提供重要的指导.     

HEMT压力传感器

利用Al Ga N/Ga N半导体的极化效应在异质结界面产生二维电子气(2DEG)的特性,设计了一种基于高电子迁移率场效应管(HEMT)的压强传感器;并利用标准的微电子工艺和背部深硅刻蚀技术制作了器件;对器件在不同压强下的源-漏I-V特性进行了测试和评价.结果表明本文设计制作的压强传感器的I-V特性对压强的变化能做出灵敏的反应.Ⅲ族氮化物半导体器件具有高速度、高灵敏、大功率和耐高温等特点,本压强传感器具有更广的应用领域.     

单周控制开关功率放大器的研究

本文以单周控制理论和开关功率放大器为基础,重点针对单周控制的开关功率放大器输出端存在的直流偏置问题,进行了理论研究,提出了改进方案。     

基于E类功率放大器的非接触感应耦合电能传输系统

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接触传输的同时实现了阻抗变换,把等效负载电阻限制在一定的范围内.提出的拓扑结构简单,无需额外的补偿网络.并且负载电阻变化时,均能满足E类功率放大器的零电压软开关条件.仿真和实验结果验证了新拓扑结构电路的可行性.     

无线LED系统中基于开关电容的功率调节技术

提出了一种用于小型无线LED照明系统的功率调节系统。无线LED照明系统的主电路是基于单开关的E类放大器,通过调节E类放大器的旁路电容从而实现功率调节。无线LED照明系统主电路工作在E类放大器的次优化工作区间,该工作区间可以确保主电路的开关元件始终工作在零电压开关模式。给出了描述系统特性和确定软开关条件的方程,仿真和实验结果验证了提出的功率控制方法可以有效的调节系统的输出功率,并保证了零电压开关条件得到满足。     

基于电导法的GaN/AlGaN HEMT界面态分析

本文通过I-V法测试得到25-200℃范围内GaN/AlGaN HEMT器件直流特性随温度的退化情况,同时通过C-V法测试了器件在25-100℃范围内电容、电导随频率、温度变化的特性。经电导法分析发现器件界面处存在高密度陷阱态进一步分析认为,高密度界面陷阱态是引起器件高温特性退化的原因。