9月，西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院郝躍院士團(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威頂級(jí)期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)工業(yè)電子會(huì)刊）和IEEE Transactions on Power Electronics上相繼報(bào)道了團(tuán)隊(duì)研制的國際最高性能氮化鎵微波二極管、2.45GHz微波整流模塊、5.8GHz微波整流模塊及其高效率微波無線傳能演示系統(tǒng)。

大功率微波二極管是微波系統(tǒng)的核心器件。硅、砷化鎵等傳統(tǒng)半導(dǎo)體微波二極管最大功率只有幾百毫瓦，嚴(yán)重制約了兆瓦級(jí)無線傳能系統(tǒng)、百瓦千瓦級(jí)的微波限幅器的發(fā)展，因此高功率微波二極管成為亟待解決的核心器件。根據(jù)半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)，寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵（GaN）異質(zhì)結(jié)構(gòu)是當(dāng)前研制大功率微波二極管最為理想的材料，其功率頻率特征參數(shù)（fcVB）分別是硅、砷化鎵、碳化硅的500倍、50倍和4倍。因此氮化鎵高功率微波二極管成為當(dāng)前該領(lǐng)域的國際研究熱點(diǎn)。

然而，氮化鎵高功率微波二極管研制難度非常大，一方面因?yàn)榈壗麕挾却箅y以同時(shí)獲得低開啟電壓、低泄漏電流、高擊穿電壓等器件關(guān)鍵特性，另一方面由于當(dāng)前氮化鎵材料具有較高的位錯(cuò)缺陷密度，導(dǎo)致器件可靠性極差。

郝躍院士團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年攻關(guān)，創(chuàng)新地提出了一種低功函數(shù)金屬的凹槽陽極肖特基器件結(jié)構(gòu)，一是通過凹槽結(jié)構(gòu)使得肖特基接觸面與位錯(cuò)缺陷方向平行，避免了位錯(cuò)缺陷對(duì)二極管性能和可靠性的影響；二是凹槽側(cè)面是氮化鎵的非極性面，采用該非極性面形成肖特基接觸，可以使二極管開啟電壓降低一半，同時(shí)結(jié)合低功函數(shù)金屬電極的采用，使得二極管開啟電壓從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1.2V降低至0.4V。此外，采用低k陽極介質(zhì)極大減少了陽極寄生電容，實(shí)現(xiàn)了二極管的高頻率工作。

與傳統(tǒng)半導(dǎo)體Si和GaAs二極管相比，該器件實(shí)現(xiàn)了低的開啟電壓(<0.4 V)、低的串聯(lián)電阻(< 5 Ω)、低的寄生電容(<0.5 pF)，器件截止頻率達(dá)到了124 GHz。最為突破性的是，該二極管獲得了超過150 V的反向擊穿電壓，單管整流功率接近10瓦，比Si和GaAs同類器件高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。采用該GaN微波二極管，團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了2.45 GHz和5.8 GHz的微波整流電路與無線傳能系統(tǒng)。在2.45 GHz工作頻率、輸入功率為0.75 W和7.2 W時(shí)，整流電路分別取得了79%與50%的整流效率。(相關(guān)結(jié)果發(fā)表于：Kui Dang, Jincheng Zhang*, Hong Zhou*, et al., IEEE Transaction on Industrial Electronics, 2019, DOI:10.1109/TIE.2019.2939968，SCI一區(qū)論文)

同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了一種LPCVD鈍化方法，解決了在更高頻段5.8 GHz時(shí)的電流崩塌效應(yīng)，并在輸入功率為2 W和6 W時(shí)，取得了5.8GHz頻率下71%以及50%的整流效率。與傳統(tǒng)Si以及GaAs二極管相比較，在相同工作頻率及整流效率下，GaN二極管的單管整流功率提升10-50倍，能滿足未來對(duì)高頻率、高效率、高功率整流技術(shù)的需求。基于該整流模塊，設(shè)計(jì)并搭建了2.45 GHz和5.8 GHz的微波無線傳能系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了在2 m距離下的高效率微波無線能量傳輸。（相關(guān)結(jié)果發(fā)表于：Kui Dang, Jincheng Zhang*, Hong Zhou*, et al., IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, 10.1109/TPEL.2019.2938769，SCI一區(qū)論文）。

據(jù)悉，IEEE Transactions on Industrial Electronics是電子與電氣領(lǐng)域國際頂級(jí)期刊，IEEE Transactions on Power Electronics是電子與電氣領(lǐng)域國際優(yōu)秀級(jí)期刊，主要報(bào)道信息、控制、電氣及工業(yè)電子等領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展，均屬于SCI一區(qū)TOP期刊。