Os dispositivos de radiofrequência são os componentes básicos para realizar a transmissão e recepção de sinal, e são o núcleo da comunicação sem fio, incluindo principalmente filtros (filtro), amplificadores de energia (PA), interruptores de radiofrequência (comutador), amplificadores de baixo ruído (LNA), outros tipos de Antena (Tuner) e duplex/multiplexador (duplexador (multiplex) e outros tipos de devolução. Entre eles, o amplificador de potência é um dispositivo para amplificar sinais de radiofrequência, que determina diretamente os principais parâmetros, como distância de comunicação sem fio e qualidade de sinal entre terminais móveis e estações básicas.

O amplificador de potência (PA, amplificador de potência) é o componente principal do front-end da RF. Ele usa a função de controle atual do triodo ou a função de controle de tensão do tubo de efeito de campo para converter a potência da fonte de alimentação em uma corrente que muda de acordo com o sinal de entrada. O PA é usado principalmente no link de transmissão. Ao amplificar o fraco sinal de radiofrequência do canal de transmissão, o sinal pode obter com sucesso potência suficientemente alta, de modo a obter maior qualidade de comunicação e maior distância de comunicação. Portanto, o desempenho da AF pode determinar diretamente a estabilidade e a força dos sinais de comunicação.

Aplicações de dispositivos de RF

Com o desenvolvimento contínuo de materiais semicondutores, os amplificadores de energia também experimentaram três principais rotas técnicas de CMOS, GAAs e GaN. O material semicondutor de primeira geração é o CMOS, com tecnologia madura e capacidade de produção estável. A desvantagem é que há um limite para a frequência operacional e a maior frequência efetiva está abaixo de 3GHz. Os materiais semicondutores de segunda geração usam principalmente GaAs ou SIGE, que têm uma tensão de ruptura mais alta e podem ser usados ​​para aplicações de dispositivo de alta frequência e alta frequência, mas a energia do dispositivo é menor, geralmente menor que 50W. O material semicondutor de terceira geração tem as características da maior mobilidade de elétrons e velocidade rápida, o que compõe os defeitos das duas tecnologias tradicionais de GAAs e LDMOs baseados em Si. Ao refletir o desempenho de alta frequência dos GAAs, ele combina as vantagens dos LDMOs baseados em SI. capacidade de manuseio de energia. Portanto, é significativamente mais forte que o GAAs no desempenho, possui vantagens significativas em aplicações de alta frequência e tem um grande potencial na frequência de radiofatia de microondas, IDC e outros campos. Com a aceleração da construção de estações base 5G em todo o país, o mercado doméstico de dispositivos de radiofrequência GaN cresceu exponencialmente, e espera -se que ele libere uma nova demanda por Gan Pas excedendo 100 bilhões de yuan. Espera -se que a taxa de penetração dos dispositivos GAN RF nas estações base 5G atinja 70% nos próximos três a cinco anos.

Dispositivos HEMT GAN

GaN HEMT (transistores de mobilidade eletrônica alta, transistor de mobilidade de nitreto com alta mobilidade), como um representante de dispositivos semicondutores de banda ampla (WBG), possui maior mobilidade de elétrons, velocidade de elétrons de saturação e taxa de impacto em comparação com os dispositivos Si e SiC. através do campo elétrico. Devido às vantagens dos materiais, o GAN possui excelentes características de energia e frequência e baixa perda de energia sob condições operacionais de alta frequência.

O GAN HEMT (transistor de alta mobilidade de elétrons) é uma espécie de gás elétron bidimensional (2DEG) que usa o profundo acúmulo de barreira potencial entre heterojunções como canal condutor e atinge a condução sob a regulação do viés de tensão nos dois terminais da porta, fonte e drenagem. Estrutura do dispositivo característico. Devido ao forte efeito de polarização na heterojunção formada pelos materiais GaN, um grande número de elétrons de primeira ligação é gerado no poço quântico na interface da heterojunção, que é chamada de gás eletrônico bidimensional. A estrutura básica de um dispositivo típico Algan/Ga N-HEMT é mostrado na Figura 5 abaixo. A camada inferior do dispositivo é a camada de substrato (geralmente o material SiC ou Si) e, em seguida, a camada tampão GaN do tipo N do tipo e epitaxialmente e a camada de barreira de Algan do tipo pitaxialmente cultivada, formando uma heterojunção de algan/gan. Finalmente, o portão (G), a (s) fonte (s) e o dreno (d) são depositados na camada Algan para formar contatos schottky para doping de alta concentração e estão conectados ao gás eletrônico bidimensional no canal para formar contatos ôhmicos.

O VDS de tensão de fonte de drenagem gera um campo elétrico lateral no canal. Sob a ação do campo elétrico lateral, o gás eletrônico bidimensional é transportado ao longo da interface de heterojunção para formar os IDs de corrente de saída de drenagem. O portão está em contato Schottky com a camada de barreira de Algan, e a profundidade do poço potencial na heterojunção de Algan/Gan é controlada pela magnitude dos VGs de tensão da porta, e a densidade bidimensional da superfície de gás eletrônico no canal é alterada, controlando assim a densidade interna do canal. a corrente de saída de drenagem.

Aparência do dispositivo HEMT GaN e diagrama de circuito

Diagrama esquemático da estrutura do dispositivo HEMT GaN

A avaliação dos dispositivos HEMT de GaN geralmente inclui características de CC (teste de DC LV), características de frequência (teste de parâmetro S pequeno) e características de potência (teste de carga-pull).

Teste característico de CC

Como os transistores à base de silício, os dispositivos GaN HEMT também exigem testes de CC para caracterizar a capacidade de saída CC e as condições de trabalho do dispositivo. Seus parâmetros de teste incluem: VOS, IDS, BVGD, BVDS, GFS, etc., entre os quais o LPS de corrente de saída e a transcondutância GM são os dois parâmetros mais principais.

Especificações do dispositivo HEMT de Gan Hemtgan

Curva característica de saída do dispositivo HEMT GaN

Teste de característica de frequência

O teste de parâmetro de frequência dos dispositivos de RF inclui a medição de pequenos parâmetros s, intermodulação (IMD), figura de ruído e características espúrias. Entre eles, o teste do parâmetro S descreve as características básicas dos dispositivos de RF em diferentes frequências e para diferentes níveis de potência do sinal, e quantifica como a energia de RF se propaga através do sistema.

O parâmetro S também é o parâmetro de espalhamento. O parâmetro S é uma ferramenta para descrever o comportamento elétrico dos componentes sob a excitação de sinais de alta frequência que exibem características de radiofrequência. É realizado pela quantidade física mensurável que é "dispersa". O tamanho da quantidade física medida reflete que os componentes com características diferentes "espalharão" o mesmo sinal de entrada em diferentes graus.

Utilizando parâmetros S de sinalizador pequeno, podemos determinar características fundamentais de RF, incluindo a razão de onda em pé (VSWR), perda de retorno, perda de inserção ou ganho em uma determinada frequência. Os parâmetros S de sinalizador pequeno geralmente são medidos usando um sinal de excitação de onda contínua (CW) e aplicando a detecção de resposta de banda estreita. No entanto, muitos dispositivos de RF são projetados para operar com sinais pulsados ​​com uma resposta de domínio de frequência ampla. Isso torna desafiador caracterizar com precisão os dispositivos de RF usando métodos de detecção de banda estreita padrão. Portanto, para a caracterização do dispositivo no modo pulsado, os chamados parâmetros S pulsados ​​são frequentemente usados. Esses parâmetros de dispersão são obtidos por técnicas especiais de medição de resposta a impulsos. Atualmente, algumas empresas adotaram o método de pulso para testar os parâmetros S, e a faixa de especificação de teste é: 100US Largura do pulso, 10 ~ 20% do ciclo de trabalho.

Devido à limitação de materiais de dispositivos GaN e processo de produção, os dispositivos inevitavelmente têm defeitos, o que leva ao colapso da corrente, atraso no portão e outros fenômenos. No estado de trabalho de radiofrequência, a corrente de saída do dispositivo diminui e a tensão do joelho aumenta, o que finalmente reduz a potência de saída e deteriora o desempenho. No momento, é necessário um método de teste de pulso para obter o status operacional real do dispositivo no modo de trabalho de pulso. No nível de pesquisa científica, o impacto da largura do pulso na capacidade de saída atual também está sendo verificado. A faixa de teste de largura de pulso cobre o nível de 0,5US ~ 5ms e o ciclo de trabalho é de 10%.

Teste de característica de potência (teste de carga-pull)

Os dispositivos HEMT GAN têm excelentes características para se adaptar a condições de alta frequência e alta potência. Portanto, o teste de parâmetros S de pequenos sinais tem sido difícil atender aos requisitos de teste de dispositivos de alta potência. O teste de carga-pull (teste de carga-pull) é muito importante para a avaliação de desempenho dos dispositivos de energia em condições de trabalho não lineares e pode ajudar o design correspondente dos amplificadores de potência de RF. No design de circuitos de radiofrequência, é necessário corresponder aos terminais de entrada e saída dos dispositivos de radiofrequência com o estado de correspondência redonda comum. Quando o dispositivo está em um estado de trabalho de pequeno sinal, o ganho do dispositivo é linear, mas quando a potência de entrada do dispositivo é aumentada para fazê-lo funcionar em um estado não-linear de grande sinal, devido à extração de energia do dispositivo, resultará na melhor impedância do dispositivo. O ponto é deslocado. Portanto, para obter o melhor ponto de impedância e os parâmetros de potência correspondentes, como potência de saída e eficiência do dispositivo de RF no estado de trabalho não linear, é necessário realizar um teste de carga de grande sinal no dispositivo, para que o dispositivo possa alterar o terminal de saída do dispositivo sob uma potência de entrada fixa. O valor de impedância da carga correspondente é usado para encontrar o melhor ponto de impedância. Entre eles, o ganho de potência (ganho), a densidade de potência de saída (bout) e a eficiência adicionada à potência (PAE) são parâmetros importantes de consideração para as características de potência dos dispositivos GaN RF.

Sistema de teste característico do DC LV com base no medidor de medida de fonte da série S/CS

Todo o conjunto de sistemas de teste é baseado no medidor preciso da medida de fonte da série S/CS, com estação de sonda e software de teste especial, ele pode ser usado para o teste de parâmetro DC GAN HEMT, GAAS RF GAAs, incluindo tensão de limite, corrente, curva característica de saída, etc.

S/CS Série DC Medidor de medição de fonte

O medidor de medida da fonte da série S é o primeiro medidor de medição de fonte localizado com alta precisão, grande faixa dinâmica e toque digital que precisa foi construído por muitos anos. Ele integra várias funções, como entrada e saída de tensão e corrente e medição. A tensão máxima é de 300V e a corrente máxima é 1a. Apoie o trabalho de quatro quadras, suporta modos linear, logarítmico, personalizado e outros de varredura. Ele pode ser usado para o teste característico do DC LV dos materiais GaN e GaAs RF em produção e P&D, além de chips.

CS Série Plug-in Medidor de medição de fonte de plug-in (host + sub-cartão) é um produto de teste modular lançado para cenários de teste multicanal. Até 10 submarinos podem ser selecionados para o dispositivo de medição de fonte de plug-in preciso, que possui várias funções, como tensão e entrada e saída de corrente e medição. A tensão máxima é de 300V, a corrente máxima é 1A, suporta trabalho de quatro quadras e possui alta densidade de canal. , Forte função de acionamento síncrono, alta eficiência da combinação de vários dispositivos, etc.

Para o teste característico de CC dos dispositivos de RF, a tensão da porta está geralmente dentro de ± 10V e as tensões de origem e drenagem estão dentro de 60V. Além disso, como o dispositivo é do tipo de três portas, são necessárias pelo menos 2 unidades de medição de origem ou cartões filhas CS de 2 canais.

Teste de curva característica de saída

No caso de um determinado portão e VGs de tensão de origem, a curva de mudança entre a fonte e a corrente de drenagem e a tensão VOS é chamada de curva característica de saída. Com o aumento do VOS, o LOS atual também aumenta para um estado saturado. Além disso, testando diferentes valores de VCS de tensão de porta e fonte, pode ser obtido um conjunto de curvas características de saída.

Teste de transcondutância

A transcondutância GM é um parâmetro que caracteriza a capacidade de controle do portão do dispositivo no canal. Quanto maior o valor da transcondutância, mais forte a capacidade de controle do portão para o canal.

É definido como GM = DLDS/DVGO. Sob a condição de tensões constantes de origem e drenagem, a curva de mudança entre a fonte e a corrente de drenagem e os VGs de tensão da porta e fonte é testada e o valor da transcondutância pode ser obtido derivando a curva. Entre eles, o local onde o valor da transcondutância é o maior é chamado GM, máx.

Sistema de teste de característica do pulso IV com base no medidor de medição de medição de pulso de pulso preciso/série de tensão constante de tensão constante

Todo o conjunto de sistema de teste é baseado na fonte de pulso de medição de medição de medição de medição de pulso da série PSYS P/CP, com estação de sonda e software de teste especial, ele pode ser usado para teste de parâmetro de pulso IV do dispositivo de RF GaN, especialmente o desenho da curva característica de saída do pulso IV.

P Medidor de medida de fonte de pulso da série

O medidor de medida da fonte de pulso da série P é um medidor de medida da fonte de pulso com alta precisão, saída forte e ampla faixa de teste lançada pela CEXE, que integra várias funções, como entrada e saída de tensão e corrente e medição. O produto possui dois modos de trabalho de DC e pulso. A tensão máxima de saída é de 300V, a corrente máxima de saída de pulso é 10A, a tensão máxima é de 300V e a corrente máxima é 1a. Ele suporta operação em quatro quadras e suporta modos lineares, logarítmicos, personalizados e outros. Ele pode ser usado para o teste característico do VE pulsado de materiais de radiofrequência GaN e GAAs e chips em produção e pesquisa e desenvolvimento.

Teste de curva característica de saída de pulso

Devido às limitações dos materiais e processos de produção do dispositivo GaN, há um efeito de colapso atual. Portanto, haverá uma queda de energia quando o dispositivo funcionar sob condições pulsadas, e o estado de trabalho de alta potência ideal não puder ser alcançado. O método de teste característico da saída de pulso é aplicar um sinal de tensão de pulso periódico na porta e dreno do dispositivo de forma síncrona, e a tensão da porta e do dreno mudará alternadamente entre o ponto de operação estática e o ponto de operação efetivo de forma síncrona. Quando VCS e VOS são tensões eficazes, a corrente do dispositivo é monitorada. A pesquisa prova que diferentes tensões de operação e larguras de pulso de inquilinos têm efeitos diferentes no colapso da corrente.

Sistema de teste de parâmetros de pulso S com base na série precisa da série de tensão constante de tensão constante

Todo o sistema de teste é baseado na fonte de pulso de tensão constante da série Pouse CP, com analisador de rede, estação de sonda, acessório de tease-tee e software de teste especial. Com base no teste de parâmetros de pequeno sinal de CC, o teste de parâmetro do pulso dos dispositivos GaN HEMT e GAAs RF pode ser realizado.

Resumir

A Wuhan precisa tem se concentrado no desenvolvimento de instrumentos e sistemas de teste de desempenho elétrico no campo de dispositivos de energia, dispositivos de radiofrequência e semicondutor de terceira geração. Pulse grande fonte de corrente, cartão de aquisição de dados de alta velocidade, fonte de tensão constante de pulso e outros produtos de instrumentos e um conjunto completo de sistemas de teste. Os produtos são amplamente utilizados no campo de análise e teste de materiais e dispositivos de semicondutores de potência, dispositivos de radiofrequência e semicondutores amplos de banda. De acordo com as necessidades dos usuários, podemos fornecer soluções abrangentes para testes de desempenho elétrico com alto desempenho, alta eficiência e desempenho de alto custo