超高頻晶體管,超高頻晶體管工作原理

晶體管內(nèi)部由兩PN結(jié)構(gòu)成，其三個(gè)電極分別為集電極（用字母C或c表示），基極（用字母B或b表示）和發(fā)射極（用字母E或e表示）。
晶體管按工作頻率可分為低頻晶體管、高頻晶體管和超高頻晶體管等.低頻晶體管的特征頻率一般低于或等于3MHZ，中頻晶體管的特征頻率一般低于30MHZ。而高頻晶體管（指特征頻率大于30MHZ的晶體管）可分為高頻小功率晶體管和高頻大功率晶體管。超高頻晶體管也稱微波晶體管，其頻率特性一般高于500MHZ，主要用于電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、通信等領(lǐng)域中處理微波波段（300MHZ以上的頻率）的信號(hào)。
按其性能分,微波晶體管有微波低噪音晶體管和微波功率晶體管以及單片微波集成電路(MMIC).
單片微波集成電路,是在半絕緣半導(dǎo)體襯底上用一系列的半導(dǎo)體工藝方法制備出無(wú)源和有源元器件,并連接起來(lái)構(gòu)成應(yīng)用于微波(甚至毫米波)頻段的功能電路,具有尺寸小、重輕、性能高、可靠性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。單片微波集成電路包括多種功能電路,如低噪聲放大器(LNA),功率放大器,混頻器,上變頻器,檢波器,調(diào)制器,壓控振蕩器(VCO),移相器,開(kāi)關(guān),MMIC收發(fā)前端,甚至整個(gè)發(fā)射/接收(T/R)組件(收發(fā)系統(tǒng)).由于MMIC的襯底材料(如GaAs,InP)的電子遷移率較高,禁帶寬度寬,工作溫度范圍大,微波傳輸性能好,所以MMIC具有電路損耗小,噪聲低,頻帶寬,動(dòng)態(tài)范圍大,功率大,附加效率高,抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn).
微波單片集成電路已成為當(dāng)前發(fā)展各種高科技武器的重要支柱,已廣泛用于各種先進(jìn)的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈,電子戰(zhàn),通信系統(tǒng),陸?？栈母鞣N先進(jìn)的相控陣?yán)走_(dá)(特別是機(jī)載和星載雷達(dá)),在民用商業(yè)的移動(dòng)電話,無(wú)線通信,個(gè)人衛(wèi)星通信網(wǎng),全球定位系統(tǒng),直播衛(wèi)星接收和毫米波自動(dòng)防撞系統(tǒng)等方面已形成正在飛速發(fā)展的巨大市場(chǎng).
微波單片集成電路(MMIC)在提高集成度的同時(shí)，繼續(xù)提高工作頻率和功率，向微波、毫米波進(jìn)軍，出現(xiàn)微波、毫米波單片集成電路(MIMIC)，從而推動(dòng)了在傳統(tǒng)無(wú)線電高頻領(lǐng)域工作的通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、測(cè)控等的全部微電子化，表示通信技術(shù)進(jìn)步與微電子的發(fā)展。 近年來(lái)，在微波、毫米波單片集成電路領(lǐng)域內(nèi)，是開(kāi)發(fā)1-100GHz頻率范圍內(nèi)的各種單片電路，且要求其成本低、性能好、體積小、可靠性高，能批量生產(chǎn)。 同時(shí),功率MMIC 隨著衛(wèi)星通信、相控陣?yán)走_(dá)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)功率MMIC放大器的需求日益增長(zhǎng)，使其已成為研究的重要領(lǐng)域。在18GHz以下主要是GaAs MESFET和HBT器件功率MMIC放大器。在18GHz以上，則是PM-HEMT的功率MMIC放大器。
單片微波集成電路(MMIc)從70年代末出現(xiàn)以來(lái)，已迅速獲得廣泛應(yīng)用。MMIC開(kāi)始主要應(yīng)用于軍用系統(tǒng)，如相控陣?yán)走_(dá)、火箭與導(dǎo)彈的制導(dǎo)和電子對(duì)抗等系統(tǒng)。MMIC的采用，顯著減少了設(shè)備的體積和重量，降低價(jià)，提高了性能，取得了很好的效果，例如在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍靈巧武器中就已泛地采用了MMIC與MIMIC。90年代以來(lái)，MMIC在商用產(chǎn)品中開(kāi)拓了廣闊的市場(chǎng)。這主要是商用無(wú)線通信市場(chǎng)，它包括；語(yǔ)音、數(shù)據(jù)，圖文與圖像的各種通信，例如，蜂窩式個(gè)人通信，低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信，無(wú)線局域網(wǎng)，環(huán)球定位衛(wèi)星系統(tǒng)，衛(wèi)星直播電視和多點(diǎn)多址分布系統(tǒng)等。另一個(gè)重要的市場(chǎng)則是智能交通系統(tǒng)，它包括：車上移動(dòng)通信，環(huán)球衛(wèi)星位，道路交通狀況的監(jiān)測(cè)，汽車防撞毫米波雷達(dá)等。
采用新型器件以提高電路性能是MMIC發(fā)展的一個(gè)趨向。采用InP基的HEMT技術(shù)制成的低噪聲放大器(LNA)已可達(dá)100GHz。1995年開(kāi)發(fā)的92～96GHz3級(jí)LNA，增益達(dá)20dB，噪聲低于4．4dB。異質(zhì)結(jié)晶體管(HBT)已用于MMICLNA。1996年加拿大Nortel實(shí)驗(yàn)室已研制了Ka波段GalnP／GaAs HBT 4級(jí)LNA，增益為15dB，噪聲低于5dB，可用于局域多點(diǎn)分布系統(tǒng)的T／R組體。
寬禁帶半導(dǎo)體是指禁帶寬度Eg＞2.0-6.0電子伏特eV的半導(dǎo)體材料,具體包括碳化硅SiC、氮化鎵GaN、氮化鎵鋁AIGaN等。這類材料的禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、飽和電子漂移速度快、熱導(dǎo)率大、介電常數(shù)小、抗輻射能力強(qiáng)、具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，非常適合用來(lái)研制抗輻射、高頻、大功率與高密度集成的半導(dǎo)體器件。GaN功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET在6GHz可產(chǎn)生174W功率，超過(guò)GaAs器件，功率密度被提高7倍，更加適合大批量生產(chǎn)。GaN/AIGaN高電子遷移晶體管及其MMIC、GaN/AIGaN異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的研發(fā)進(jìn)展速度加快，研制成功高功率、高效率X波段器件.