Les dispositifs de radiofréquence sont les composants de base pour réaliser la transmission et la réception de signaux et constituent le noyau de la communication sans fil, comprenant principalement des filtres (Filter), des amplificateurs de puissance (PA),les commutateurs de radiofréquence (Switch)Parmi ces appareils figurent les amplificateurs à faible bruit (LNA), les tuners d'antenne (Tuner) et les duplex/multiplexers (Du/Multiplexer) et d'autres types d'appareils.l'amplificateur de puissance est un dispositif pour amplifier les signaux radiofréquences, qui détermine directement des paramètres clés tels que la distance de communication sans fil et la qualité du signal entre les terminaux mobiles et les stations de base.
L'amplificateur de puissance (PA, Amplificateur de puissance) est le composant principal de l'avant de la RF. It uses the current control function of the triode or the voltage control function of the field effect tube to convert the power of the power supply into a current that changes according to the input signalEn amplifiant le signal de radiofréquence faible du canal de transmission, le signal peut obtenir avec succès une puissance suffisamment élevée,afin d'atteindre une meilleure qualité de communication et une plus grande distance de communicationPar conséquent, les performances du PA peuvent directement déterminer la stabilité et la force des signaux de communication.
Applications des appareils RF
Avec le développement continu des matériaux semi-conducteurs, les amplificateurs de puissance ont également connu trois grandes voies techniques de CMOS, GaAs et GaN.La première génération de matériaux semi-conducteurs est le CMOSL'inconvénient est qu'il existe une limite à la fréquence de fonctionnement et que la fréquence efficace la plus élevée est inférieure à 3 GHz.Les matériaux semi-conducteurs de deuxième génération utilisent principalement GaAs ou SiGe., qui ont une tension de rupture plus élevée et peuvent être utilisées pour des applications de dispositifs à haute puissance et à haute fréquence, mais la puissance du dispositif est inférieure, généralement inférieure à 50 W.Le matériau semi-conducteur de troisième génération GaN présente les caractéristiques d'une mobilité électronique plus élevée et d'une vitesse de commutation rapide, qui compense les défauts des deux technologies traditionnelles des GaAs et des LDMOS à base de Si. Tout en reflétant les performances à haute fréquence des GaAs, il combine les avantages des LDMOS à base de Si.capacité de traitement de la puissancePar conséquent, il est nettement plus puissant que le GaAs en termes de performances, présente des avantages significatifs dans les applications à haute fréquence et présente un grand potentiel en fréquence radio micro-ondes,CDI et autres domainesAvec l'accélération de la construction de stations de base 5G à travers le pays, le marché national des appareils à radiofréquence GaN a connu une croissance exponentielle.et il est prévu de libérer une nouvelle demande pour GaN PA dépassant 100 milliards de yuansLe taux de pénétration des appareils RF GaN dans les stations de base 5G devrait atteindre 70% dans les trois à cinq prochaines années.
Dispositifs GaN HEMT
GaN HEMT (transistors à haute mobilité électronique, transistors à haute mobilité électronique à nitrure), en tant que représentant des dispositifs semi-conducteurs à large bande (WBG), a une mobilité électronique plus élevée,la vitesse et le taux d'impact des électrons de saturation par rapport aux appareils Si et SiCEn raison des avantages des matériaux, le GaN présente d'excellentes caractéristiques de puissance et de fréquence et une faible perte de puissance dans des conditions de fonctionnement à haute fréquence.
GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) est une sorte de gaz électronique bidimensionnel (2DEG) qui utilise l'accumulation de barrière potentielle profonde entre les hétérojoints comme canal conducteur,et obtient la conduction en vertu de la régulation du biais de tension aux deux bornes de la porteEn raison de l'effet de polarisation fort dans l'hétérojoint formé par les matériaux GaN, le GaN peut être utilisé pour la production de gaz.un grand nombre d'électrons de première liaison sont générés dans le puits quantique à l'interface de l'hétérojointLa structure de base d'un dispositif AlGaN/Ga N-HEMT typique est illustrée à la figure 5 ci-dessous.La couche inférieure du dispositif est la couche de substrat (généralement du SiC ou du Si), puis la couche tampon GaN de type N développée par épitaxie, et la couche barrière AlGaN de type P développée par épitaxie, formant une hétérojointure AlGaN/GaN. Enfin, la porte (G),la source (S) et le drain (D) sont déposés sur la couche d'AlGaN pour former des contacts Schottky pour le dopage à haute concentration, et sont reliés au gaz électronique bidimensionnel dans le canal pour former des contacts ohmiques.
Le VDS génère un champ électrique latéral dans le canal.le gaz électronique bidimensionnel est transporté le long de l'interface d'hétérojoint pour former le courant de sortie de drainage IDSLa porte est en contact Schottky avec la couche de barrière AlGaN, et la profondeur du puits potentiel dans l'hétérojoint AlGaN/GaN est contrôlée par la magnitude de la tension de la porte VGS,et la densité de surface de gaz d'électrons bidimensionnelle dans le canal est modifiée, contrôlant ainsi la densité interne du canal. le courant de sortie du drain.
L'apparence du dispositif GaN HEMT et le schéma de circuit
Diagramme schématique de la structure du dispositif GaN HEMT
L'évaluation des dispositifs HEMT GaN comprend généralement les caractéristiques du courant continu (essai DC l-V), les caractéristiques de fréquence (essai du paramètre S du petit signal) et les caractéristiques de puissance (essai charge-pull).
Épreuve des caractéristiques en courant continu
À l'instar des transistors à base de silicium, les appareils GaN HEMT nécessitent également des tests DC l-V pour caractériser la capacité de sortie en courant continu et les conditions de travail de l'appareil.,BVD, gfs, etc., parmi lesquels le courant de sortie lps et la transconductivité gm sont les deux paramètres les plus fondamentaux.
GaN HEMTGaN HEMT Spécifications du dispositif
courbe caractéristique de sortie du dispositif GaN HEMT
Épreuve des caractéristiques de fréquence
L'essai des paramètres de fréquence des appareils RF comprend la mesure des paramètres de petit signal S, de l'intermodulation (IMD), du chiffre du bruit et des caractéristiques spuries.l'essai au paramètre S décrit les caractéristiques de base des dispositifs RF à différentes fréquences et pour différents niveaux de puissance du signal;, et quantifie comment l'énergie RF se propage à travers le système.
Le paramètre S est également le paramètre de dispersion.Le paramètre S est un outil pour décrire le comportement électrique des composants sous l'excitation de signaux haute fréquence présentant des caractéristiques de radiofréquenceIl est réalisé par la quantité physique mesurable qui est "dispersée".La taille de la quantité physique mesurée reflète que les composants ayant des caractéristiques différentes "disperseront" le même signal d'entrée à des degrés différents.
À l'aide de paramètres S de petit signal, nous pouvons déterminer les caractéristiques RF fondamentales, y compris le rapport de tension d'onde stationnaire (VSWR), la perte de retour, la perte d'insertion ou le gain à une fréquence donnée.Les paramètres S pour les petits signaux sont généralement mesurés à l'aide d'un signal d'excitation d'onde continue (CW) et en utilisant la détection de la réponse à bande étroiteCependant, de nombreux appareils RF sont conçus pour fonctionner avec des signaux pulsés qui ont une réponse de domaine de fréquence large.Cela rend difficile de caractériser avec précision les appareils RF en utilisant des méthodes de détection à bande étroite standardPar conséquent, pour la caractérisation des appareils en mode pulsé, on utilise souvent des paramètres S pulsés.Actuellement, certaines entreprises ont adopté la méthode d'impulsion pour tester les paramètres S, et la plage de spécifications d'essai est: largeur d'impulsion de 100us, cycle de travail de 10 à 20%.
En raison de la limitation des matériaux et du processus de production des dispositifs GaN, les dispositifs présentent inévitablement des défauts, ce qui entraîne un effondrement du courant, un retard de la porte et d'autres phénomènes.Dans l'état de fonctionnement par radiofréquence, le courant de sortie de l'appareil diminue et la tension du genou augmente, ce qui réduit finalement la puissance de sortie et détériore les performances.une méthode d'essai par impulsion est requise pour obtenir l'état de fonctionnement réel du dispositif en mode de fonctionnement par impulsionAu niveau de la recherche scientifique, l'impact de la largeur d'impulsion sur la capacité de sortie actuelle est également vérifié.
Épreuve des caractéristiques de puissance (épreuve de traction par charge)
Les appareils GaN HEMT ont d'excellentes caractéristiques pour s'adapter aux conditions de haute fréquence et de haute puissance.l'essai du paramètre S de petit signal a été difficile pour satisfaire aux exigences d'essai des dispositifs à haute puissance;L'essai de traction de charge (test de traction de charge) est très important pour l'évaluation des performances des appareils de puissance dans des conditions de travail non linéaires, et il peut aider à la conception correspondante des amplificateurs de puissance RF.Dans la conception de circuits de radiofréquence, il est nécessaire de faire correspondre les bornes d'entrée et de sortie des dispositifs de radiofréquence à l'état de correspondance ronde commune.le gain du dispositif est linéaire, mais lorsque la puissance d'entrée de l'appareil est augmentée pour le faire fonctionner dans un état non linéaire à grand signal, en raison de la traction de puissance de l'appareil, la meilleure impédance de l'appareil en résultera.Le point est déplacéPar conséquent, pour obtenir le meilleur point d'impédance et les paramètres de puissance correspondants tels que la puissance de sortie et l'efficacité du dispositif RF dans l'état de fonctionnement non linéaire,il est nécessaire de procéder à un essai de traction de charge sur le dispositif pour un signal important.La valeur d'impédance de la charge correspondante est utilisée pour trouver le meilleur point d'impédance.gain de puissance (Gain), la densité de puissance de sortie (Pout) et l'efficacité de la puissance ajoutée (PAE) sont des paramètres importants à prendre en considération pour les caractéristiques de puissance des dispositifs RF GaN.
Système d'essai des caractéristiques DC l-V basé sur la série S/CS
L'ensemble du système de test est basé sur le compteur de mesure de la source de la série S/CS Precise, avec station de sonde et logiciel de test spécial, il peut être utilisé pour GaN HEMT, GaAs RF device DC parameter test,y compris la tension limite, courant, courbe caractéristique de sortie, etc.
Mesure de la source de courant continu de la série S/CS
Le compteur de mesure de source de la série S est le premier compteur de mesure de source localisé avec une grande précision, une large plage dynamique et un toucher numérique que PRECISE a construit depuis de nombreuses années.Il intègre diverses fonctions telles que l'entrée et la sortie de tension et de courantLa tension maximale est de 300V et le courant maximal est de 1A. Prise en charge du travail en quatre quadrants, prise en charge des modes de balayage linéaire, logarithmique, personnalisé et autres.Il peut être utilisé pour l'essai des caractéristiques DC l-V des matériaux RF GaN et GaAs dans la production et la R&D, ainsi que des chips.
Le compteur de mesure de source plug-in de la série CS (hôte + sous-carte) est un produit de test modulaire lancé pour des scénarios de test multicanal.Jusqu'à 10 sous-cartes peuvent être sélectionnées pour le dispositif de mesure de source plug-in Precise, qui possède de multiples fonctions telles que la tension et le courant d'entrée et de sortie, et la mesure.et a une densité de canal élevée. , forte fonction de déclenchement synchrone, haute efficacité de la combinaison de plusieurs appareils, etc.
Pour l'essai des caractéristiques en courant continu des dispositifs RF, la tension de la porte est généralement comprise entre ± 10 V et les tensions de la source et du drain sont comprises entre 60 V. En outre, comme le dispositif est de type à trois ports,au moins deux unités de mesure de source S ou deux cartes filles CS à deux canaux sont requises.
Épreuve de courbe des caractéristiques de sortie
Dans le cas d'une certaine porte et de la tension de la source VG, la courbe de changement entre la source et le courant de drainage lbs et la tension Vos est appelée la courbe caractéristique de sortie.,En outre, en testant différentes valeurs de tension de la porte et de la source Vcs, un ensemble de courbes caractéristiques de sortie peut être obtenu.
Épreuve de transconductivité
La transconductivité gm est un paramètre qui caractérise la capacité de contrôle de la porte du dispositif vers le canal.plus la capacité de contrôle de la porte au canal est forte.
Il est défini comme gm=dlDs/dVgo. Dans des conditions de tension constante de la source et du drain, la courbe de changement entre les lD de courant de source et de drain et les VG de tension de la porte et de la source est testée,et la valeur de transconductivité peut être obtenue en dérivant la courbeParmi eux, l'endroit où la valeur de transconductivité est la plus grande est appelé gm,max.
Système d'essai des caractéristiques de l'impulsion I-V basé sur un compteur de mesure de source d'impulsion de série Ρ/source d'impulsion de tension constante de série CP
L'ensemble du système d'essai est basé sur l'unité de mesure de la source d'impulsion de la série Psys P, le compteur/la source d'impulsion de tension constante CP, avec station de sonde et logiciel d'essai spécial, il peut être utilisé pour GaN HEMT,Épreuve du paramètre I-V de l'impulsion du dispositif RF GaAs, en particulier le dessin de la courbe de caractéristique de sortie de l' impulsion IV.
Compteur de mesure de la source d'impulsion de la série P
Le compteur de source d'impulsion de la série P est un compteur de source d'impulsion de haute précision, d'une puissance élevée et d'une large plage d'essai lancé par PRECISE.qui intègre plusieurs fonctions telles que l'entrée et la sortie de tension et de courantLe produit a deux modes de fonctionnement de courant continu et d'impulsion. La tension de sortie maximale est de 300V, le courant de sortie d'impulsion maximal est de 10A, la tension maximale est de 300V,et le courant maximal est de 1AIl prend en charge le fonctionnement à quatre quadrants et prend en charge les modes de balayage linéaire, logarithmique, personnalisé et autres.Il peut être utilisé pour l'essai des caractéristiques L-V pulsées des matériaux et puces de radiofréquence GaN et GaAs dans la production et la recherche et le développement.
Épreuve de courbe caractéristique de sortie d'impulsion
En raison des limitations des matériaux et des processus de production du dispositif GaN, il y a un effet d'effondrement de courant.et l'état de fonctionnement idéal à haute puissance ne peut pas être atteint. La méthode d'essai caractéristique de sortie d'impulsion consiste à appliquer un signal de tension d'impulsion périodique à la porte et au drain de l'appareil de manière synchrone,et la tension de la porte et le drainage changera alternativement entre le point de fonctionnement statique et le point de fonctionnement effectif synchroniséLorsque Vc et Vos sont des tensions effectives, le courant de l'appareil est surveillé.La recherche démontre que les différentes tensions de fonctionnement en repos et les largeurs d'impulsions ont des effets différents sur l'effondrement du courant.
Système d'essai des paramètres d'impulsion S basé sur une source d'impulsion de tension constante de la série Precise CP
L'ensemble du système de test est basé sur la source d'impulsion de tension constante de la série Pousse CP, avec analyseur réseau, station de sonde, appareil Bias-tee et logiciel de test spécial.Sur la base de l'essai du paramètre S du petit signal CC, un test de paramètre S d'impulsion des appareils RF GaN HEMT et GaAs peut être réalisé.
Résumé
Wuhan Precise s'est concentrée sur le développement d'instruments et de systèmes de test de performance électrique dans le domaine des appareils de puissance, des appareils à radiofréquence et des semi-conducteurs de troisième génération..Source de courant à impulsions importantes, carte d'acquisition de données à grande vitesse, source de tension constante à impulsions et autres instruments ainsi qu'un ensemble complet de systèmes d'essai.Les produits sont largement utilisés dans le domaine de l'analyse et des essais de matériaux et de dispositifs de semi-conducteurs de puissanceSelon les besoins des utilisateurs, nous pouvons fournir des solutions complètes pour les tests de performance électrique avec des performances élevées,une efficacité élevée et des performances à coût élevé