GaN功率放大器的设计与实验文献综述

 2023-08-14 04:08

文献综述(或调研报告)

1.GaN器件

GaN基材料由于其本身具有的一些优势,正向着高功率和高频电子器件方向发展。这些优势有:电击穿强度高;漏电流小;电子漂移饱和速度高;化学稳定性以及抗辐射强度高。GaN的电子饱和漂移速率高达 2. 5times; 10cm/s,介电常数不大,适合微波器件的制作。GaN的击穿场强度为 2.0times;109V/cm,比GaAs(4times;10V/cm) 和 Si(3times; 10V/cm)大的多。其热导率远大于GaAs而略大于Si。有利于器件在高温和高频大功率下工作。GaN基的电子器件的应用领域也极为广泛,有望在航天航空,高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子等方面发挥重要的作用。

目前已经成功的制备出了GaN基的MESFET、HBT、MODFET(HEMT)和MISFET等器件。Binari等人利用LP-MOCVD 在高阻的GaN层上生长沟通道厚度为250nm的掺Si的GaNMESFET。其有源沟道的电子迁移率和电子浓度分别为400cm(V﹒s) 和2.7times;100cm。该GaN MESFET的源漏间距为5mu;m,栅宽为150mu;m,栅长为1.4mu;m。其最大跨导为20ms/mm,这种器件的 f 和 f 分别为 8 和 17GHz,400℃时仍具有良好的夹断特性。就频率特性而言其初步结果已经与SiC MESFET 可以相比。如果进一步减少栅长、改进沟道掺杂和欧姆接触工艺,GaN MESFET 的 f 可以达到20~40GHz. Khan 等人报道了短沟道AlGaN/GaNHEMT的室温和高温特性,栅长为 3mu; m,栅宽为100mu;m的器件在25℃时的f和f分别为22GHz和70GHz,在300℃时的f和f分别为5GHz和4GHz。Pankove等人以GaN为发射极,以SiC为基极和集电极制作的GaN/SiC HBT在室温时的电流增益高达10,260℃下工作的电流增益可以超过1600,535℃下工作的电流增益仍高达100(商品化的Si晶体管在室温时的典型电流增益值),已经基本上达到了商品化的要求。Razeghi等人装配的器件使用了MIS结构,AIN 绝缘层是在硅上用 MOCVD 外延生成。他们第一次实验演示了 MIS 结构器件的良好高频和低频特性。在器件性能方面, AIN/Si 界面扮演了一个关键的角色,通过C-V 和 G-V 测量中得到穿过整个硅带隙的界面陷阱能级密度分布在 10cmeV 的范围,这是可以和 SiO2/Si 系统相媲美的,从而他们就证明了一种电子级的 AIN/Si 界面的可行性。

2.功率放大器主要技术指标:

①工作频带:指放大器应满足全部性能指标的连续频率范围。

②饱和输出功率:当功率放大器的输入功率加大到某一值后,再加大输入功率并不会改变输出功率的大小,该输出功率称为功率放大器的饱和输出功率。

③1dB压缩点输出功率:功率放大器增益压缩1dB所对应的输出功率称为1dB压缩点输出功率。如下图所示。

④效率:功放能对输入信号进行放大,就是将DC电源的能量转化为输出信号的能量并传递给负载,但并不是所有DC电源的能量都会转化为输出信号的能量,会有相当一部分作为热能或者以其他形式耗散掉了,效率可以用来衡量其将DC电能转化为功放输出功率的能力,通常用漏极工作效率,功率附加效率(PAE)等来定义功放的效率,漏极工作效率:

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