近期，中國(guó)科學(xué)院微電子所高頻高壓中心GaN研究團(tuán)隊(duì)在劉新宇研究員帶領(lǐng)下，在高頻高效率器件、限幅器、電源驅(qū)動(dòng)電路等研究方向進(jìn)行了創(chuàng)新性研究和探索，取得了重要進(jìn)展。

在高頻高效率器件方向，團(tuán)隊(duì)采用LP-SiN結(jié)合ALD超薄柵介質(zhì)技術(shù)制備的0.15μm 柵長(zhǎng)AlGaN/GaN毫米波 MIS-HEMT功率器件，解決了現(xiàn)有HEMT器件肖特基漏電大、效率低的問(wèn)題，在連續(xù)波測(cè)試條件中，30GHz的功率附加效率（PAE）為49.7% 功率密度為5.90W/mm。

在限幅器方向，團(tuán)隊(duì)采用全GaN SBD-MMIC技術(shù)的限幅器， 利用全GaN肖特基勢(shì)壘二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)的單片微波集成電路（全GaN SBD-MMIC）技術(shù)，研制的限幅器顯示出高在連續(xù)波模式（CW）下，入射功率超過(guò)50W脈沖模式下為125 W，插入損耗（IL）小于1dB@8GHz，具備39納秒的創(chuàng)紀(jì)錄的快速恢復(fù)時(shí)間，拓展了寬禁帶材料在GaN SBD的限幅器領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

在電源驅(qū)動(dòng)電路方向，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一款GaN基單片包絡(luò)跟蹤電源調(diào)制器，集成了傳統(tǒng)GaN開(kāi)關(guān)功率放大器所需要的預(yù)防大級(jí)并采用了雙端反自舉電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)20MHz帶寬，6.5dB的射頻包絡(luò)信號(hào)的跟蹤；采用電源調(diào)制器對(duì)連續(xù)F類(lèi)PA進(jìn)行供電實(shí)現(xiàn)包絡(luò)跟蹤功率放大器應(yīng)用，在2.7GHz載波頻率，20MHz信號(hào)帶寬，6.5dB峰均功率比及30.6dBm的輸出功率下，系統(tǒng)效率比單獨(dú)PA效率提升8%。

上述研究得到多個(gè)重要任務(wù)的支持，成果分別以Ka band GaN MIS-HEMT with ALD-SiN gate dielectric and Lp-SiN passivation layer、Record Fast Recovery Performance from Microwave High-Power Limiters with All-GaN SBD-MMIC Technology:39ns@100W和A Monolithic GaN based Supply Modulator with Dual-Antibootstrap Level Shifter for Envelope Tracking Application為題入選2024年國(guó)際微波會(huì)議（IMS2024），并應(yīng)邀作口頭報(bào)告。

2024國(guó)際微波研討會(huì)（International Microwave Symposium 2024) 是由電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）微波理論和技術(shù)分會(huì)（MTT-S）主辦，已有70多年歷史，涵蓋了射頻、微波、毫米波等領(lǐng)域，從模塊設(shè)計(jì)到系統(tǒng)應(yīng)用的所有方向，是微波領(lǐng)域的頂級(jí)會(huì)議之一。

圖1 毫米波器件功率測(cè)試結(jié)果

圖2 限幅器技術(shù)路線及性能指標(biāo)

圖3 包絡(luò)跟蹤功率放大器效率提升曲線（對(duì)比F類(lèi)功率放大器）