基于MOCVD欧姆再生长制备的高性能AlGaN/GaN HEMTs

本文基于MOCVD欧姆再生长技术，制备了高性能的AlGaN/GaN HEMTs。器件具有016Ω·mm的低欧姆接触电阻，并且在100K到425K的温度范围内，欧姆接触电阻表现出良好的热稳定性。由于欧姆接触电阻的改善，源漏间距Lsd为2μm，栅长Lg为100nm的器件的最大饱和电流密度ID,max为1350mA/mm，跨导峰值Gm,max为372mS/mm，导通电阻Ron为1.4Ω·mm，膝点电压Vknee为1.8V。此外，器件也表现出优异的射频特性，电流增益截止频率fT为60GHz，最大振荡频率fmax为109GHz，在3.6GHz下，VDS偏置在15V，器件的功率附加效率PAE为67.1%，最大输出功率密度Pout为3.2W/mm；在30GHz下，VDS偏置在20V，功率附加效率PAE为43.2%，最大输出功率密度Pout为5.6W/mm，这表明了基于MOCVD欧姆再生长技术制备的AlGaN/GaN HEMTs器件在Sub-6G以及毫米波波段的应用中具有巨大潜力。     

GaN基高电子迁移率晶体管的质子辐照效应研究

文章研究了A1GaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的质子辐照效应。在3MeV质子辐照下,采用三种不同辐照剂量6×10¹⁴,4×10¹⁴和1×10¹⁵protons/cm²。在最高辐照剂量下,漏极饱和电流下降了20%,最大跨导降低了5%。随着剂量增加,阈值电压向正向漂移,栅泄露电流增加。AlGaN/GaN HEMT电学特性的退化主要是由辐照引入的位移损伤引起的。从SRIM软件计算出空位密度,将Ga空位对应的能级引入Silvaco器件仿真软件中,仿真结果与实验结果相匹配。Hall测试结果显示二维电子气（2DEG）浓度和迁移率在辐照后有所降低。     

工作点对氮化镓微波功率器件交调特性影响研究

氮化镓微波功率器件非常适用于卫星通信，而交调特性是通信载荷最重要的指标之一。文章首先结合器件输出特性测试结果，选取不同工作状态下的偏置点对氮化镓微波功率器件进行交调特性测试。测试结果表明，在不同的栅压范围内，器件交调特性呈现不同的变化趋势。其次，通过对器件进行跨导测试，研究交调特性与器件跨导特性的关系，并通过分析在不同偏置条件下器件跨导随射频输入信号的变化规律，对器件在不同工作状态下的交调特性进行解释。最后，通过氮化镓微波功率器件能带结构分析，研究了器件跨导随栅极电压变化的物理机制。文章的研究成果对氮化镓微波功率器件在卫星通信领域的应用具有指导意义。     

新型再生长沟道GaN基准垂直MOSFET仿真研究

电能在转化与运用过程中会不可避免地出现能量的损耗，而电力控制和电能转换过程中最核心部分即为电力电子器件。GaN基准垂直MOSFET器件具有高输入阻抗、开关速率快以及对表面态陷阱不太敏感等优点，从而成为目前研究的热点，但由于沟道载流子的迁移率较低造成导通电阻与损耗较大。通过对再生长沟道GaN基准垂直MOSFET进行仿真，证明该结构可以有效解决沟道载流子的迁移率过低的问题。在再生长沟道GaN基准垂直MOSFET的基础上进行了结构改进，主要针对器件在源极区域与漂移区域的载流子分布进行了优化。其中，源极区域通过对源电极金属帽子下方Al2O3进行刻蚀，使得器件源极区域的电流导通路径得到了有效的缩短；而漂移区域通过在栅极下方插入一层载流子分布层，使得漂移区内载流子分布更加均匀。最终设计出了阈值电压为2.3V的新型再生长沟道GaN基准垂直MOSFET，器件的导通电阻低至18mΩ·cm2，击穿电压高达1053V。     

MMIC功率放大器中末级合成电路设计研究

采用100nm AlGaN/GaN HEMT工艺,以尺寸为90μm×8的GaN HEMT作为末级晶体管,研究可工作于Ku波段的功放MMIC末级四路合成电路。选择ADS Momentum作为仿真工具,设计两种末级合成电路,并提出一种改进幅度一致性的设计方法。对两种合成电路的各项指标进行比较,在14GHz~16GHz频段,簇丛式合成电路最大插损1.1d B,输出反射系数优于–18d B;Bus-bar总线合成电路最大插损0.9d B,输出反射系数优于–20d B。     

氮化镓毫米波功放技术发展

氮化镓(GaN)毫米波功放器具有工作频率高、输出功率大、功率转换效率高等优势，在新一代移动通信、高分辨毫米波成像雷达等领域具有广阔的应用前景。本文综述了国内外GaN毫米波功率器件发展历史和低损耗栅结构、短沟道抑制技术、寄生电阻抑制技术等关键技术特点，综合分析了适合Ka-W波段GaN单片毫米波集成电路(MMIC)功放的架构和设计方法，提出了未来我国在高效率、高功率、高频带、多功能集成GaN毫米波芯片领域开展更深入研究的建议。     

星载氮化镓固态功率放大器整机高可靠设计技术研究

为了满足星载应用对于固态功率放大器长寿命的应用需求，针对近年来研究较多的氮化镓（gallium nitride,GaN）固态功率放大器（solid state power amplifier,SSPA），阐述了器件存在的可靠性问题，提出了整机高可靠设计方法。首先，探讨了氮化镓器件的典型失效机理，给出了氮化镓器件在高场退化以及热退化方面的研究结果，分析了逆压电极化效应及热载流子效应引起器件退化的物理机制。其次，围绕降额设计、整机热设计以及电路稳定性设计，研究了如何针对氮化镓器件的特点实现星载固放的高可靠设计，并给出了典型的仿真及实验结果。最后，给出了典型的星载固态功率放大器空间环境模拟试验结果，产品在热真空试验、温循老炼以及高温老炼等试验过程中表现出了较高的稳定性和一致性，为氮化镓固态功率放大器的上星应用提供了有力的支撑。     

L波段高效小尺寸功率放大器载片设计

为了应对当前市场对功率器件更低成本、更小尺寸和更优性能的要求，设计了一款工作频率为1.2～1.4GHz的高效率小尺寸氮化镓（gallium nitride,GaN）基功率放大器载片。使用有源时域负载牵引系统对GaN管芯进行在片测试并提取管芯的非线性行为模型，在先进设计系统（advanced design system,ADS）软件中利用模型进行阻抗匹配电路设计和仿真，将功率放大器端口匹配到了目标阻抗50Ω。该载片采用谐波控制技术使功率放大器附加效率提高了6%～8%，采用高介电常数的陶瓷材料将载片电路集成在8mm×8mm。实测结果显示，放大器在漏源电压28V、100us脉宽和10%占空比脉冲输入的工作条件下，在小尺寸的载体上实现了输出功率大于56W，功率附加效率大于78%的高效率指标。     

SiC MOSFET器件单粒子烧毁仿真分析

应用于航天器的宽禁带半导体功率器件会受到空间带电粒子的影响而存在单粒子烧毁（SEB）风险。为研究单粒子烧毁的机理及防护措施，文章利用半导体工艺器件仿真（TCAD）对SiC MOSFET器件进行了SEB仿真分析，发现粒子入射最敏感位置时器件发生SEB的阈值电压在500 V。同时，通过仿真获得器件微观电参数分布特性，分析认为器件发生SEB的机理是寄生晶体管的正反馈作用导致缓冲层和基区的电场强度（5.4 MV/cm和4.2 MV/cm）超过SiC材料击穿场强（3 MV/cm）。此外，针对仿真揭示的器件SEB薄弱区域，提出将P+源区的深度向下延伸至Pbase基区底部的工艺加固思路，并通过仿真验证表明该措施使器件发生SEB的阈值电压提高到近550 V。以上模拟结果可为该类器件的抗SEB设计提供技术支持。     

木星辐射环境不确定性对总剂量风险的影响

以木星探测任务为背景，针对木星辐射带粒子能量高、通量大的强辐射特点，基于器件总剂量辐照试验数据、木星辐射带模型、太阳质子通量模型，将器件失效点剂量不确定性与辐射环境不确定性应用到总剂量设计中，可定量评估特定任务一定屏蔽下的器件失效概率、辐射设计余量(RDM)的置信度及影响因素，可实现木星任务中器件指标、屏蔽厚度和失效概率之间的权衡和优化。首先，根据商业器件TL084辐照试验数据，发现其失效概率分布符合威布尔分布。对于10个木星半径的赤道面轨道，辐射带质子通量比太阳质子大3个数量级，随着屏蔽厚度的增加和任务期的减小，TL084器件所受剂量和失效概率减小。当屏蔽厚度为 10 mm 铝时，器件平均寿命小于2星期。另外，定义并考察了器件的失效速率，失效速率随屏蔽厚度的减小和在轨时间的增加而增加。对于传统的RDM为2的设计方法，1 mm铝屏蔽下对应的置信度为89%。     

太赫兹固态电子器件和电路

随着微电子技术的飞速发展,半导体器件的截止频率已经进入到太赫兹频段,太赫兹电路的频率特性特性得到极大发展。以固态器件为基础的电路的工作频率进入到太赫兹频段。太赫兹固态电子器件与电路技术在空间领域有着重要的应用前景。文章重点介绍InP基三端太赫兹固态电子器件和电路,以及太赫兹肖特基二极管器件和电路的技术发展过程与最新动态。并指出随着器件与电路的整体化与集成化发展趋势,太赫兹单片集成技术是其未来发展方向。     

大型宇航容器环缝的适应控制自动焊

介绍了一种大型宇航容器环向焊缝适应控制TIG自动焊接系统的设计方案。该方案采用交流变频调速驱动系统、双逆变交流矩形波焊接电源、矩形波交流电弧的弧长自动调节系统、可编程控制(PLC)为主控器的焊接程序控制系统等。并分析了在新的焊接条件下适应控制自动焊主要工艺参数对焊接质量的影响。     

基于群相位量子化处理的新型高分辨率相位差测量方法

在群周期相位比对和群相位量子化处理的基础上,提出了一种新型高分辨率相位差测量方法。利用频率信号间群相位重合点的分布规律,在群相位重合点处建立测量闸门,将相位差的测量转化为以群周期为基础的短时间间隔测量,大大提高了系统的测量分辨率。通过公共频率源信号的引入和群相位量子化处理技术,降低了实际计数闸门开启和关闭的随机性,消除了传统测量中±1个字的计数误差,提高了短时间间隔的测量分辨率,从而有效地提高了相位差的测量分辨率。实验结果表明该方法的科学性和先进性,鉴于短时间间隔的测量分辨率可达10 -13 /s量级,通过MCU控制时间--相位差的转换,实际相位差的测量分辨率可达0.0001度,明显优于传统的相位差测量方法,同时该方法电路简单,成本低廉,在卫星导航系统主、备份原子钟之间的无缝切换、1pps信号的相位异常检测及星地间高精度时间同步方面具有广泛的应用。     

2种影响相位干涉仪测向的问题分析

针对相位干涉仪测向工程实现中遇到的通道间连接电缆不等长和通道隔离度不够引起同频干扰的问题,从理论上分析这2种影响因素对测向相位差误差的影响,在工程可实现基础上,推导不等长、通道隔离度与相位误差的数学关系,为相位干涉仪设计和通道误差校正提供理论依据。     

AlGaN/GaN HEMT质子辐射效应研究进展

氮化镓（GaN）基异质结材料以其宽禁带、耐高温、高击穿电压以及优异的抗辐射性能成为航天领域半导体材料的研究和应用热点。而基于GaN材料的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）因其制备过程带来的缺陷和损伤,性能将受到空间辐射的严峻挑战。文章对空间辐射环境下AlGaN/GaN HEMT的辐射机理和效应进行梳理;针对低中地球轨道以质子为主的辐射环境,对不同能量和注量的质子辐照对AlGaN/GaN HEMT的效应进行系统分析。鉴于从压电极化角度分析AlGaN/GaN HEMT的质子辐射效应存在欠缺,且不同能量和注量的质子辐照对器件的影响不同,提出后续应开展AlGaN/GaN HEMT辐射损伤机制、不同轨道辐射环境模拟以及质子辐照对AlGaN/GaN HEMT宏观特性影响研究。     

水情闸控系统动态检测装置的设计

水情闸控系统动态检测装置用于检测即将现场使用的水情测报系统和闸门控制系统,对提高这类系统的质量和可靠性大有好处。文章对动态检测装置的设计思想和设计方法做了详细的论述,提出了将以前试验室里的静态测试变为现在模拟现场动态测试的理念,并给出相应的设计方案     

空间聚光太阳电池阵柔性透镜薄膜结构的力学分析

运用线性Kirchhoff平板理论建立柔性菲涅耳透镜薄膜结构的静力学模型,给出柔性透镜的静力学求解方法,得到柔性透镜变形的解析解。分析透镜纵向应变、背衬厚度、透镜纵向长度对柔性透镜特性的影响,获得上述参数对透镜变形和几何光学性能的影响规律。基于圆柱薄壳振动理论,建立柔性透镜动力学模型,然后根据Reissner理论确定的有限长开口圆柱壳振动方程的一般解,给出柔性透镜动力学模型的求解方法,计算柔性透镜的振型和固有频率,分析透镜纵向应变、背衬厚度和轴向波数对柔性透镜固有频率的影响。结果表明：在设计柔性透镜结构时,适当增加透镜的纵向应变并减小透镜的背衬厚度有利于减小透镜的变形。柔性透镜的固有频率与纵向应变和透镜背衬厚度密切相关,需选择合适的纵向应变与背衬厚度。柔性透镜的变形随着透镜纵向长度的增加而增大,但纵向长度太小会增加相同太阳电池阵面积上聚光组件的安装数量,因此纵向长度的选择需综合权衡。     

Xilinx SRAM型FPGA抗辐射设计技术研究

针对Xilinx SRAM型FPGA在空间应用中的可行性，分析了Xilinx SRAM型FPGA的结构，以及空间辐射效应对这种结构FPGA的影响，指出SRAM型的FPGA随着工艺水平的提高、器件规模的增大和核电压的降低，抗总剂量效应不断提高，抵抗单粒子效应，尤其是单粒子翻转和单粒子瞬态脉冲的能力降低。分析了FPGA综合后常见的Half-latch在辐射环境中的影响并结合实际工程实践给出了解决上述问题的一些有用办法和注意事项，如，冗余设计、同步设计、算术逻辑运算结果校验、白检等。最后还提出一种基于COTS器件的“由顶到底”的星载信号处理平台结构，分析了这种结构在抵抗辐射效应时的优势。有关FPGA抗辐射的可靠性设计方法已经在某卫星通信载道中成功应用，并通过了各种卫星环境试验，该技术可以为有关航天电子设备设计提供参考。     

基于时频分布的电子侦察信道参数估计方法

提出了一种基于时频分布的信道参数盲估计方法。首先分析了多径信道模型和时频域匹配滤波算法,接着根据时频分布自身项和交叉项的不同特点,提出采用短时傅里叶变换的时频图对Wigner—Ville分布进行滤波,以提取源信号的时频脊线,然后利用时频域匹配滤波对多径信号进行参数估计。该方法快速简单,参数估计准确,分辨率高。仿真实验对雷达脉内频率调制信号进行多径参数估计,实验结果证明了该方法的正确性和有效性。