在RF放大器中選擇用于放大的晶體管非常關鍵，因為它會影響放大器參數的性能，包括效率，功耗，散熱，功率輸出，穩定性，線性等。一旦選擇了用于相應的放大器拓撲結構中的晶體管，晶體管尺寸，芯片放置，焊盤，導線連接和引線連接等将決定放大器的布局和系統的熱管理。用于商業目的的最常用的RF和微波功率器件基于矽（Si），砷化镓（GaAs）及其化合物半導體材料。對使用具有寬帶隙的材料（例如碳化矽（SiC）和氮化镓（GaN））的高功率密度器件的開發也已經進行了大量研究，這類半導體材料的晶體管的應用也在持續增加。從根本上說，器件性能由幾個參數決定，包括材料能帶隙（energy band-gap），擊穿場，電子和空穴傳輸性質，熱導率，飽和電子速率和電導率。表1.6給出了各種半導體材料的這些參數的典型值。

表1.6給出了各種半導體材料的這些參數的典型值

圖7、功率器件系列樹的簡化圖示

功率器件系列樹可以簡化為如圖7所示。

典型的npn雙極結型晶體管（BJT）由矽形成，并且發射極和集電極區域被施加了供體。場效應晶體管（FET）和異質結雙極晶體管（HBT）器件的特性存在差異。 BJT和HBT之間的主要區别是在HBT器件的發射極 - 基極界面引入了異質結，這些特性可以在圖1.8中說明。

FET是平面器件，而HBT是垂直器件。 HBT器件是傳統BJT的增強版本，是利用異質結構結設計而成。與傳統的BJT不同，在HBT中，發射極和基極材料之間的帶隙差異導緻更高的共發射極增益。基闆寄生電阻低于普通BJT，因此産生的工作頻率更高。

圖8（a）矽BJT和（b）InP / InGaAs HBT晶體管的典型層結構。

圖9 FET的簡化結構。

FET系列包括多種結構，其中包括金屬半導體場效應晶體管（MESFET），MOSFET，HEMTS等。它們通常由兩個歐姆觸點接入的導電溝道組成，而這兩個歐姆觸點分别用作源極（S）和漏極（D）的端子。第三個端子（栅極（G））與溝道或金屬氧化物半導體（MOS）結構形成整流結。金屬半導體n型FET的簡化結構如圖9所示。理想情況下，FET器件不會通過栅極端子吸收電流，這與BJT不同，而後者反過來需要很大的基極電流，從而簡化了偏置的設計布置。 FET器件表現出負溫度系數，随着溫度的升高導緻漏極電流減小。這可以防止熱失控并允許多個FET并聯連接而無需鎮流，如果必須采用聯合或組合器件的概念來進行高功率放大器設計的設計的話，這将是一個非常有用的特性。

RF MOSFET功率晶體管及其主要應用和工作頻率如表1.7所示。

表1.7 射頻功率晶體管及其應用和工作頻率

MOSFET廣泛用于RF功率放大器的設計應用中，其中制造商由不同的靜态和動态條件下的參數來識别。因此，每個MOSFET器件的制造都具有不同的特性。設計者需要為所考慮的特定電路選擇合适的器件。設計人員常用的選擇正确MOSFET器件的标準方法之一稱為品質因數（FOM，figure of merit）。業界使用了不同類型的FOM。最簡單形式的FOM将栅極電荷Qg與RdsON進行比較。栅極電荷（既Qg）和漏極到源極導通電阻（既Rds ON）的倍增涉及某種器件技術，因為它可以與所需的Qg和RdsON相關，以實現MOSFET的正确尺寸。挑戰在于Qg和RdsON之間的關系，因為MOSFET在導通電阻（RdsON）和栅極電荷（Qg）之間具有固有的設計折衷，即RdsON越低，栅極電荷Qg就越高。在器件設計中，這是在導通損耗與開關損耗之間進行權衡。新一代MOSFET的制造具有改進的FOM。可以在平面MOSFET結構和溝槽MOSFET結構上說明采用不同工藝制造的MOSFET的FOM的比較。具有溝槽結構的MOSFET與平面結構的MOSFET相比具有7倍的FOM，如圖10所示。

圖11 顯示了溝槽功率MOSFET的兩種變體。 溝槽技術具有更高的單元密度的優點，但比平面器件更難以制造。

圖10 平面和溝槽MOSFET結構的FOM比較。

圖11 溝槽MOSFET（a）V-Groove溝槽MOSFET中的電流擁擠以及（b）截斷的V形槽。

（完）

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