超低温器件参数提取的关键技术研究

在20Kelvin到绝对零度的超低温环境下，部分半导体器件表现出极低噪声温度的电子学特性，因此作为核心部件被广泛应用于射电天文观测站和深空探测地面站的高灵敏度接收系统。目前，国外超低温环境下的半导体器件噪声温度已经达到1＋0.3K/GHz的水平，超低温器件参数提取设备与技术研究正朝高频段、高精度、多功能、自动化的方向发展。国内在这一领域内的研究相对落后，主要困难集中在无法进行超低温半导体器件筛选，无法获得精确器件电子学参数，无法为电路设计和电路仿真提供依据。本项目旨在建立20Kelvin超低温测试平台，开展超低温半导体器件电子学参数提取关键技术研究，具体内容包括超低温S参数提取和超低温噪声参数提取，为我国自主研制国际先进的高灵敏度射电天文和深空探测设备提供科学可行的技术方法。

在20Kelvin 到绝对零度的超低温环境下，部分半导体器件表现出极低噪声温度的电子学特性，因此作为核心部件被广泛应用于射电天文观测站和深空探测地面站的高灵敏度接收系统。本课题建立了20Kelvin超低温测试平台，开展超低温半导体器件电子学参数提取关键技术研究，为我国自主研制国际先进的高灵敏度射电天文和深空探测设备提供科学可行的技术方法。课题完成了四个方面的研究工作：.1）微带基片低温参数提取技术研究。选用了具有代表性的Rogers公司射频基片RO4003以及微波基片RT5880，制作了环形谐振环以及去嵌入电路，实现了S参数去嵌入测量方法，给出了300K常温和77K液氮温度下的对比测量结果，本研究成果可以用于今后低温微波电路选材。对RO4003基片，液氮环境下介电常数较常温增大约0.19，其变化率为5.2%；损耗角正切明显减小，仅为常温时的54.5%。对RT5880基片，液氮环境下介电常数增大约0.19，变化率为8.4%；损耗角正切减至常温时的43.8%。.2）集总元件低温参数提取技术研究。试验对象是电路设计中最常用的三类集总元件，电阻、电容和电感，进行了常温和77K液氮温度环境下的精密测量，获得了电阻和电容良好的低温测量数据。试验给出了100KHz低频通用测量方法，可以应用于偏置电路设计参考。同时，利用ADS仿真和试验验证，在3GHz范围内建立了集总元件高频等效模型，反映了集中元件的寄生参数效应和低温环境下的变化，为低温器件研制提供了参考依据。.3）放大管低温S参数提取技术研究。本课题通过制作简单测试夹具，通过矢量网络分析仪进行开路、短路、直通、负载以及被测放大管等多次测量，利用去嵌入的方法获得了常用管芯富士通公司FHC40LG常温和低温环境下S参数。.4）低温参数提取试验平台研究。完成了20K低温测试平台研制，组成设备包括：Giffoord-MeMahon氦气闭环制冷系统、真空泵、温控仪、真空杜瓦、20K低温平台、低温夹具、低温校准件、矢量网络分析仪、噪声测试仪、噪声源、计算机控制与测量软件。制冷系统采用CTI350冷头与8200风冷压缩机组合，二级冷头低温温度达到12K。该测试平台可以进行20K温区的各种器件参数提取工作。.发表相关论文7篇。