基于GaN功率器件的星载高功率T/R组件加速寿命试验方法

针对GaN器件在宇航应用中可靠性数据匮乏的问题,开展地面加速寿命试验研究。通过对GaN器件的失效模式和高温退化机理分析,结合阿伦尼乌斯模型,计算得出该型器件的加速寿命试验激活能和加速系数,进而确定了科学合理的试验温度和试验时间。针对某基于GaN器件的星载T/R组件,设计了一种加速寿命试验方法。按照该方法将该T/R组件置于真空罐中进行480 h的加速寿命试验,结果表明,T/R组件的各项电性指标和功能全程均保持正常稳定,有效验证了T/R组件（及其中GaN器件）的长期可靠性,为后续同类星载大功率T/R组件的可靠性评估提供了指导和借鉴。     

AlN/GaN HEMT毫米波器件结构仿真研究

为实现更高工作频率的氮化镓（gallium nitride,GaN）基高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistor,HEMT）器件,采用薄势垒外延结构、缩小栅长对提升器件的截止频率十分重要。通过对不同氮化铝（aluminium nitride,AIN）势垒层厚度以及不同尺寸栅长的AlN/GaN HEMT进行仿真分析,系统研究不同结构对器件短沟道效应、直流及频率等特性的影响。首先固定栅长为100nm,研究了跨导与截止频率随AlN势垒层厚度的变化情况。跨导随势垒层厚度的增加先增大后减小。当势垒层厚度为4nm时,跨导达到最大值(592mS/mm),截止频率也达到最大值。为尽可能提升器件的截止频率,同时避免器件出现短沟道效应,固定AlN势垒层厚度为4nm,研究器件截止频率与短沟道效应随器件栅长的变化情况。仿真表明器件截止频率随栅长的减小而增大,50nm栅长的器件截止频率最高,但栅长为50nm时器件短沟道效应严重,此时器件纵横比(Lg/Tbar)为12.5。因此需要提升器件的纵横比,当器件栅长达到100nm时(Lg/Tbar=25),器件短沟道效应得到抑制,且具有较高的截止频率。仿真结果表明,AlN HEMT具有较高的截止频率,同时应采用较大的纵横比设计(纵横比为25左右)以抑制短沟道效应,为后续高频AlN/GaN HEMTs器件的制备提供了理论依据。     

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。     

一种L波段国产GaN固态雷达发射机

为了应对国产雷达所有元器件均国产化需求,设计了一款工作频点在1.2GHZ~ 1.4 GHz的国产氮化镓（gallium nitride,GaN）固态雷达发射机。使用国产GaN功率模块对发射系统最大限度地进行小型化设计,降低组件的重量,加强设备的高可靠性及维护方便性设计,进一步完善GaN功率模块在线测试功能,使产品具有高可靠性和完善的雷达故障诊断功能。增加系统的监控、检测及显示功能,并将各种工作状态信号都传输到主监控上,使系统的各种工作状态都能够在终端上显示,使操作人员通过终端界面便可以检查发射系统的各种工作参数,判断发射机的工作状态。在电磁兼容方面通过谐波滤波器对二次谐波的抑制,测试结果表明,发射系统输出信号的二次谐波小于等于-66dB。     

星载大功率GaN固态功放寿命评估方法

近年来大功率氮化镓（GaN）固态功放开始逐步星载应用,但产品可靠性仍未得到充分验证。文章提出利用加速寿命试验（ALT）和在轨工作情况相结合的方法进行大功率GaN固态功放寿命评估。首先利用故障模式、机理及影响分析（FMMEA）确定固态功放的薄弱环节和主要失效机理;然后基于阿仑尼乌斯（Arrhenius）模型研究加速寿命试验激活能和加速应力的取值方法,对产品进行75 ℃、10 000 h的加速寿命试验;最后综合加速寿命试验结果和在轨工作情况对GaN固态功放进行寿命评估。评估结果显示：该产品45 ℃条件下在轨工作时,平均无故障时间（MTTF）为1.26×106 h,失效率为7.93×10-7,15年工作可靠度为0.901。     

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...     

增强型Cascode结构GaN HEMT器件中子辐照效应研究

为探究增强型共源共栅（Cascode）结构GaN HEMT器件的中子辐照效应及机理,首先利用归一化能量为1 MeV、注量为1×10¹⁴ n/cm²的中子源开展辐照效应试验,并对辐照前/后器件的电学特性进行测试,结果表明,经过中子辐照后,器件的阈值电压发生明显的负向漂移,且跨导峰值减小。后续又分别对器件中级联的增强型Si MOSFET和耗尽型GaN HEMT开展Geant4能量沉积仿真和TCAD辐照损伤仿真,结果表明,增强型Si MOSFET的能损和电学性能退化较为严重。其原因是：中子辐照对器件造成位移损伤,且产生的次级重核对器件造成电离损伤,引起Si/SiO₂交界处电场强度上升及内部载流子浓度降低,从而导致阈值电压负漂及饱和漏极电流下降。研究结果可为增强型Cascode结构GaN HEMT器件在辐射环境下的应用提供理论参考。     

MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效分析

为验证一款GaN功率放大器抗空间辐射效应能力,对其进行了重离子单粒子效应试验研究。被试样品是由GaN HEMT、MOS电容器和电感器等组成的混合电路。试验源为加速器产生的锗离子（Ge+13,能量205 MeV),线性能量传输（LET）值为37.4 MeV·cm2/mg。试验结果是：GaN HEMT性能未出现变化;MOS电容器发生了介质击穿失效,造成功率放大器功能失效。经验公式计算的单粒子介质击穿电压,与重离子试验结果基本吻合,得出MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效。研究表明,混合电路中无源的MOS电容器也会发生单粒子介质击穿失效,应用于空间环境时应进行单粒子效应评估。     

基于Pro/ENGINEER的电子设备自动布线技术应用研究

对基于Pro/ENGINEER的电子设备自动布线技术进行了深入的研究和有益的探索.详细地分析了应用Pro/CABLING等软件模块进行自动布线的流程和应用技术,介绍了如何建立元器件二维符号库、导线规格库、包含三维接线信息的元器件库和模板库.最后以某型号配电器为例说明了具体的应用过程.应用该技术可以改变传统的接线设计方法,提高设计水平和效率.     

MPEG-4视频DCT量化模块的FPGA实现

介绍了一种采用FPGA技术实现MPEG-4 ASP级视频DCT量化模块的设计方案。该模块包括二维DCT／IDCT、量化／反量化和帧内直流／交流(DC／AC)预测。用VHDL进行描述并通过模拟试验表明,该模块可在880个时钟周期内处理完一个宏块的数据,工作频率达到40MHZ。文章采用全硬件实现方法,提出了各模块的硬件电路结构设计,减少了电路规模。