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東芝發佈具有世界上最高Ku波段輸出功率的氮化鎵功率場效應電晶體
——在14.5GHz上實現了65.4W的輸出功率——2007歐洲微波國際學術會議+ K0 @0 H5 A U" a
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美國商業資訊2007年10月8日東京消息——東芝公司(Toshiba Corporation)今天宣佈其已開發了用於Ku波段(12GHz到18GHz)頻率範圍的氮化鎵(GaN)功率場效應電晶體(FET),使該頻率範圍在14.5GHz上實現了65.4瓦的輸出功率,這也是迄今為止該頻率範圍所能支援的最高性能水準。該新型電晶體主要應用于衛星微波通信基站,用以傳輸包括高清晰廣播在內的大容量信號。東芝公司計畫於2007年底供應該新型功率場效應電晶體的樣品,並於2008年3月底進行大規模生產。
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% e: A4 S( p8 K9 ?. Z, |Ku波段微波放大器的主要優點是以半導體,特別是氮化鎵設備取代傳統電子管應用於該帶寬,這些電晶體能以更高的微波頻率提供優越的高功率特性。
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該新型功率場效應電晶體具有高電子遷移率電晶體(HEMT)結構,東芝公司面向Ku波段對該結構進行了優化。該公司用通路孔技術(1)代替了源線焊接,降低了寄生電感,同時改進了Ku波段頻率實際應用中的配套電路的整體設計。# Y/ q" C. h3 ^, D9 ]3 o
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用於雷達及衛星微波通信基站的氮化鎵功率場效應電晶體將取代電子管用於新設備中,對它們的需求一直穩步增長。東芝公司通過提前將其新型Ku波段功率場效應電晶體進行商業化,將使這一需求得到滿足。, I( y% f5 p! R4 A9 I3 G% P4 V
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10月8日至12日在德國慕尼克舉行的2007歐洲微波國際學術會議上將全面展示該新型氮化鎵功率場效應電晶體的詳細資訊。2 t# s+ g# P# R$ o9 B
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背景以及開發目標" e* P/ p% r/ u6 h' ]
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衛星微波通信中一度增長的通信流要求信號放大裝置具有更高的輸出功率,如同開發了更強大的雷達系統。對氮化鎵設備的需求尤其突出,同傳統砷化鎵設備相比,氮化鎵設備在高頻率上的散熱性以及高功率特性方面均具有優勢。
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6 N& C, x! Y1 D2 f/ \% t東芝公司在面向微波頻率應用將氮化鎵技術用於功率場效應電晶體方面已處於領先地位。該公司最初面向6GHz頻帶(2005)以及9.5GHz(2006)頻帶進行了功率場效應電晶體的開發和行銷工作,並且開發的設備在這些頻率上實現了世界上最高的輸出功率。目前,該公司已將其產品系列擴展到了14.5GHz。東芝公司將繼續面向18GHz到30GHz頻率(Ka波段)以及更高的頻率進行開發工作。
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開發概要8 ~7 U# n8 x( B6 ~
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1.設備技術
: `3 A# ]# R) R0 l東芝公司通過對在HEMT結構的高導熱碳化矽(SiC)襯底基礎上加工成型的鋁鎵氮和氮化鎵層的成分和厚度進行優化,在該新型場效應電晶體中獲得了突出的性能。為保障Ku波段頻率上的高性能,東芝公司採用了0.3微米以下的更短的閘極長度,並對每個電極的外形和元件構造進行了優化,以增強散熱性。
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( D. Z" ]6 O5 {+ o為降低寄生電感並實現更高的頻率性能,東芝公司為開發了獨特的通路孔加工成型技術,該通路孔一直從表面源電極經過晶片再接地。在碳化矽襯底上成功地進行通道孔的加工成型,被公認是一項十分苛刻的工藝,它是在新型場效應電晶體的開發中所取得的技術突破。
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隨著閘極長度的變短,要獲得高級別的性能,防止柵極電流漏泄顯得十分必要。一項應用於每個柵極外表的獨特塗層工藝將電流漏泄降至東芝公司傳統技術方法的1/30。電子束曝光技術的應用確保了0.3微米以下閘極長度的處理的穩定性。
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9 P; P1 n9 Z) Y y9 J: h) d0 \主要特性
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線性增益 8.2dB: C) s6 u/ h g. W% [
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2 s e4 }, D2 c2 j飽和功率 65.4W; w" O) _, n3 }) U. H! \
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- o5 I+ b4 o/ |2 s漏電壓 30V
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1 g& Z9 k% L% m運行頻率 14.5GHz
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晶片尺寸 3.4mm×0.53mm
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封裝尺寸 21.0mm×12.9mm (外部尺寸)1 q) E' Y! B) f: \3 V
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8 A3 w) G! D2 ]7 ~/ O% g1 O. {(1)通道孔成型技術以及孔中金屬電極填充技術連接了表面源電極以及背面接地電極,降低了寄生電感,因此實現了高頻率性能。 |
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