GaAs晶体管管芯的研究

摘要

随着国际形势的日益多变,各个国家已经把自己的军用武器列入了各自的保密范畴。晶体管放大器作为微波领域最常见的模块,已被列为重点保密对象。如相控阵雷达收发前端等大功率微波模块所用到的晶体管芯片,已经对我国实施了禁运限制。为了研究出自主创新的放大器模块,我们有必要对晶体管放大器的管芯进行研究。
　　管芯即为芯片去封装后裸露的器件,采用晶体管管芯设计放大器在发挥晶体管性能、减小体积、以及改善散热性等方面具有显著的优势,但由于管芯参数的离散性和键合工艺的差异性,由生产厂商提供的管芯模型难以有效地用于高性能微波放大器的设计。我们必须重新提取晶体管管芯的模型才能设计出高性能的微波放大器,所以准确的提取管芯的模型将成为微波工程领域的重点和难点,也是本课题重点研究的任务。
　　本课题选取了Excelics公司的EPA060BV型号的GaAs管芯,对其进行模型的提取。论文首先介绍了GaAs晶体管的发展历史和研究意义,然后对放大器微波理论知识进行了详细的阐述。接着,我们介绍了晶体管放大器的各种模型,为最终我们提取管芯模型作准备。最后,我们为了精确的测得管芯模型,设计了一组TRL校准件,这样就可以把测试参考平面定位在管芯键合线的两边,从而去除矢量网络分析仪和测试电路板子所带来的误差,确保提取模型的准确性。在此基础上我们在管芯栅极和漏极两端加上直流偏置,从矢量网络分析仪上提取管芯的S参数。并将提取的管芯 S参数导入ADS软件中,进行放大器的仿真设计。从仿真结果可以看出由管芯设计的放大器有着不错的性能。

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第1章 绪论

1.1 GaAs晶体管历史及研究意义

1.2 本课题研究现状

1.3 本文研究的主要内容和结构安排

第2章 微波理论基础

2.1 传输线理论

2.2 微波网络分析

2.3 放大器基础

2.4 放大器的性能指标

2.5 放大器非线性分析

2.6放大器的稳定性

第3章 晶体管模型分析

3.1 晶体管模型的类型

3.2 晶体管模型

3.3 源牵引和负载牵引数据

3.4 依赖温度的模型

第4章 管芯参数提取及放大器设计

4.1 S参数测量误差

4.2 校准方法

4.3 校准件尺寸设计

4.4 TRL校准件实物制作

4.5 腔体盒设计

4.6 偏置电路设计

4.7 管芯小信号测量

4.8 放大器电路仿真设计

第5章 总结与展望

致谢

参考文献

附录