超高频晶体管,超高频晶体管工作原理

超高频晶体管,超高频晶体管工作原理

晶体管内部由两PN结构成，其三个电极分别为集电极（用字母C或c表示），基极（用字母B或b表示）和发射极（用字母E或e表示）。
晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等.低频晶体管的特征频率一般低于或等于3MHZ，中频晶体管的特征频率一般低于30MHZ。而高频晶体管（指特征频率大于30MHZ的晶体管）可分为高频小功率晶体管和高频大功率晶体管。超高频晶体管也称微波晶体管，其频率特性一般高于500MHZ，主要用于电视、雷达、导航、通信等领域中处理微波波段（300MHZ以上的频率）的信号。
按其性能分,微波晶体管有微波低噪音晶体管和微波功率晶体管以及单片微波集成电路(MMIC).
单片微波集成电路,是在半绝缘半导体衬底上用一系列的半导体工艺方法制备出无源和有源元器件,并连接起来构成应用于微波(甚至毫米波)频段的功能电路,具有尺寸小、重轻、性能高、可靠性强等一系列优点。单片微波集成电路包括多种功能电路,如低噪声放大器(LNA),功率放大器,混频器,上变频器,检波器,调制器,压控振荡器(VCO),移相器,开关,MMIC收发前端,甚至整个发射/接收(T/R)组件(收发系统).由于MMIC的衬底材料(如GaAs,InP)的电子迁移率较高,禁带宽度宽,工作温度范围大,微波传输性能好,所以MMIC具有电路损耗小,噪声低,频带宽,动态范围大,功率大,附加效率高,抗电磁辐射能力强等特点.
微波单片集成电路已成为当前发展各种高科技武器的重要支柱,已广泛用于各种先进的战术导弹,电子战,通信系统,陆海空基的各种先进的相控阵雷达(特别是机载和星载雷达),在民用商业的移动电话,无线通信,个人卫星通信网,全球定位系统,直播卫星接收和毫米波自动防撞系统等方面已形成正在飞速发展的巨大市场.
微波单片集成电路(MMIC)在提高集成度的同时，继续提高工作频率和功率，向微波、毫米波进军，出现微波、毫米波单片集成电路(MIMIC)，从而推动了在传统无线电高频领域工作的通信、雷达、导航、测控等的全部微电子化，表示通信技术进步与微电子的发展。 近年来，在微波、毫米波单片集成电路领域内，是开发1-100GHz频率范围内的各种单片电路，且要求其成本低、性能好、体积小、可靠性高，能批量生产。 同时,功率MMIC 随着卫星通信、相控阵雷达和电子战系统的发展，对功率MMIC放大器的需求日益增长，使其已成为研究的重要领域。在18GHz以下主要是GaAs MESFET和HBT器件功率MMIC放大器。在18GHz以上，则是PM-HEMT的功率MMIC放大器。
单片微波集成电路(MMIc)从70年代末出现以来，已迅速获得广泛应用。MMIC开始主要应用于军用系统，如相控阵雷达、火箭与导弹的制导和电子对抗等系统。MMIC的采用，显著减少了设备的体积和重量，降低价，提高了性能，取得了很好的效果，例如在海湾战争中，美军灵巧武器中就已泛地采用了MMIC与MIMIC。90年代以来，MMIC在商用产品中开拓了广阔的市场。这主要是商用无线通信市场，它包括；语音、数据，图文与图像的各种通信，例如，蜂窝式个人通信，低轨道卫星移动通信，无线局域网，环球定位卫星系统，卫星直播电视和多点多址分布系统等。另一个重要的市场则是智能交通系统，它包括：车上移动通信，环球卫星位，道路交通状况的监测，汽车防撞毫米波雷达等。
采用新型器件以提高电路性能是MMIC发展的一个趋向。采用InP基的HEMT技术制成的低噪声放大器(LNA)已可达100GHz。1995年开发的92～96GHz3级LNA，增益达20dB，噪声低于4．4dB。异质结晶体管(HBT)已用于MMICLNA。1996年加拿大Nortel实验室已研制了Ka波段GalnP／GaAs HBT 4级LNA，增益为15dB，噪声低于5dB，可用于局域多点分布系统的T／R组体。
宽禁带半导体是指禁带宽度Eg＞2.0-6.0电子伏特eV的半导体材料,具体包括碳化硅SiC、氮化镓GaN、氮化镓铝AIGaN等。这类材料的禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度快、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强、具有良好的化学稳定性，非常适合用来研制抗辐射、高频、大功率与高密度集成的半导体器件。GaN功率场效应晶体管FET在6GHz可产生174W功率，超过GaAs器件，功率密度被提高7倍，更加适合大批量生产。GaN/AIGaN高电子迁移晶体管及其MMIC、GaN/AIGaN异质结双极晶体管的研发进展速度加快，研制成功高功率、高效率X波段器件.