【摘 要】
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单刀双掷开关是收/发（T/R）组件中的关键部分,用于控制电路中信号的通断和关断。近年来,随着氮化镓（GaN）等第三代半导体的快速发展,GaN HEMT在高击穿电压、高电子漂移率、高功率、
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单刀双掷开关是收/发（T/R）组件中的关键部分,用于控制电路中信号的通断和关断。近年来,随着氮化镓（GaN）等第三代半导体的快速发展,GaN HEMT在高击穿电压、高电子漂移率、高功率、抗辐照等方面的优越性能,以GaN HEMT为开关器件的单刀双掷开关将被广泛的应用在毫米波有源相控阵雷达系统和5G基站领域,为研制出宽工作频带、高功率容量、低插入损耗、高隔离度、快切换速度、小体积及高集成度的开关电路提供了巨大的研究前景。在此背景下,本文结合微电子所自主研制的0.25μm GaN HEMT工艺平台,以GaN HEMT开关器件及Ku波段单刀双掷开关电路为核心,主要取得了以下研究成果:1. 对GaN HEMT开关器件不同器件结构的性能及模型进行了详细的分析,分别研究了不同开关器件对S参数和功率性能的影响及讨论了开关器件模型参数提取方法,并给出了评估开关器件模型准确度的衡量指标。研究了不同栅极宽度、源漏间距、栅极附加电阻对小信号和功率容量的影响,以指导开关电路的设计;建立了适合GaN HEMT开关器件小信号模型,得到模型的寄生参数和本征参数,模型拟合误差因子小于2.56%,模型拟合度很好。2. 基于微电子所自主研制的0.25μm GaN HEMT器件工艺,研究了栅槽处理前后,宽偏置范围-30R<0V和宽温度273K-473K的超薄In Al N/GaN/Si HEMT肖特基反向漏电机制,提出了陷阱辅助隧穿机制（TAT）是超薄In Al N/GaN/Si HEMT主要的漏电机制。通过提取的陷阱态能级φt、活化能Ea及X射线光电子能谱（XPS）结果,证实了氮气等离子体表面处理技术可以用来优化肖特基界面态,从而减小肖特基反向漏电。更进一步,通过修正高反向偏置区电场公式来理论解释了TAT电流高场区缓慢增加的现象。3. 基于开关器件和工艺的分析,采用重并联多级拓扑结构,优化设计了多款单刀双掷开关电路,仿真结果满足设计指标。并进行了测试方法的研究,在片测试结果表明在12GHz-18GHz,输入输出回波损耗大于10dB,插入损耗小于1.2dB,隔离度大于30dB,输入功率P1dB大于42.2dBm（16.6W）,测试性能满足设计指标要求,芯片面积为2.37mm×1.60mm。
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