S波段GaN大功率放大器的設計與實現

楊 斐 周永偉 馬云柱 王海濤

(西安電子工程研究所 西安 710100)

1 引言

隨著功率器件的不斷發展，軍用雷達固態發射機的要求也逐漸上升，不僅僅要具有高可靠性、長壽命、易維護等特點，同時在體積要求越來越小的情況下，還要適應更高的環境溫度。以GaN、SiC為代表的寬禁帶材料生長技術及氧化、摻雜、歐姆接觸等工藝的成熟，寬禁帶功率器件得到很大發展，憑借其眾多優勢，更適合制造高溫、高頻以及高功率器件。

寬禁帶半導體的優勢:a.具有高的熱導率，能夠較快的轉移所產生的熱量，廣泛應用于高頻和高功率領域;b.漏電流極小，大幅度提高器件的擊穿電壓，同時能夠進一步抑制電流崩塌，從而提高器件的功率密度、功率附加效率和功率增益，且在工藝中容易實現;c.具有比一般半導體更低的介電常數和更高的電子飽和率;d.更高的漏極效率。

2 器件結構及工作原理

與GaAs MOSFET結構形式相似，核心材料換為GaN，生成的氧化層成分也有區別，但是工作原理是一樣的。兩種FET都屬于N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管。要使耗盡型N溝道MOSFET工作，要在G、S之間加負電壓VGS及在D、S之間加正電壓VDS，則產生正向工作電流ID。改變VGS的電壓可控制工作電流ID。耗盡型MOSFET是在制造絕緣層中有大量的正離子，使在P型襯底的界面上感應出較多的負電荷，即在兩個N型區中間的P型區形成導電溝道，所以在VGS=0時，有VDS作用時也有一定的ID(IDSS);當VGS有電壓時(可以是正電壓或負電壓)，改變感應的負電荷數量，從而改變ID的大小。……