18、射频电路中的高电子迁移率晶体管（HEMT）技术解析

射频电路中的高电子迁移率晶体管（HEMT）技术解析

1. 引言

随着集成电路技术的进步，新的消费电子市场机遇不断涌现，如移动通信的大规模扩张就得益于半导体制造技术的发展。在过去三十年里，基于III - V族化合物砷化镓（GaAs）的微波场效应晶体管（FET）备受关注。然而，现代无线系统对射频和微波电路的功率和频率要求不断提高，GaAs基高频功率器件即将达到功率极限。因此，宽带隙半导体材料如磷化铟（InP）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的研究日益增多。其中，GaN基晶体管因其高功率密度、宽频率范围和出色的电气及热性能，有望取代GaAs基晶体管，成为未来无线通信系统及其他高频、高温、高功率应用的关键器件。

2. MMIC技术发展历程

III - V族化合物半导体适用于制造单片微波集成电路（MMIC），因为它们既适合高频晶体管，又能实现低损耗无源元件。MMIC技术的发展历程如下：
- 1962年：Jim Tuner首次使用GaAs制造出24 µm的晶体管。
- 1967年：制造出能在1 GHz产生10 dB增益的4 µm晶体管。
- 1971年：电子束光刻（EBL）技术使晶体管在1 GHz获得高增益。
- 1981年：Horn buckle和Van Tuyl展示了使用晶体管和电平转换二极管的直接耦合放大器的结果。
- 1982年：出现射频晶圆测试（RFOW）技术。
- 1984年：Ayasli提出高功率、高增益放大技术。
- 1988年：Gilles等人提出MMIC用FET的小信号等效电路。
- 1990年：随着HEMT的出现，分布式放大器进入新纪元，Majidy - Ahy将带宽标准重新定义为5