基于准垂直型氮化镓肖特基二极管的高功率微波限幅器

近日，来自荷兰代尔夫特理工大学博士研究生孙跃以第一作者的身份报道了在氮化镓高功率微波器件领域取得的最新进展，该工作与中国科学院微电子研究所合作完成。主要采用低损伤陡直台面刻蚀技术 （Steep-Mesa Etch Technology），制备了准垂直型氮化镓肖特基二极管，其在关态下漏电流可低至10⁻⁹ A/cm⁻²，开启电压0.7 V，比导通电阻低至0.21 mΩ·cm²，反向耐压106 V。并以此为基础， 在国际上首次实现了氮化镓肖特基二极管在高功率微波限幅器上的应用，成功在L波段实现了高达40 dBm的连续波功率处理能力，并以低于27.2 dBm的泄漏功率为射频前端接收器链路提供保护。

目前，该团队已经将其研究成果发表在期刊 Electronics 上。该项报道展示了氮化镓材料在大功率微波器件领域的应用潜力，产品可广泛用于5G通信、无线充电和新能源汽车等领域，具有非常广阔的市场前景。

研究背景

伴随着5G通信时代的到来，数据的无线传输速率逐渐提高，同时也对射频通信器件的功率和频率范围等提出了新的需求。微波限幅器已广泛用于各种无线通信系统的射频前端接收器上，例如包括用于5G的蜂窝式移动通信系统和微波无线电通信系统。微波限幅器的作用是能够允许低于某个阈值的微波信号通过，而超过该阈值的功率较大的微波信号会被衰减，可以用来防止与其连接的接收电路中敏感元器件的损坏。现代无线通信系统的发展需要高性能的限幅器，该限幅器需在宽频带和高输入功率下工作，并且具有较高的集成度和较低的产品成本。近年来，对基于硅材料的二极管限幅器已经有许多的研究。然而随着硅材料逐渐达到其理论极限，其性能进一步改进的空间变小。与之相比，作为宽禁带半导体的氮化镓 （GaN） 材料具有高电子饱和速度、高电场强度和耐高温等优异的材料性质，这使得它非常适用于制造高功率微波器件，同时具备很大的提升空间。