港科大两项前沿成果亮相国际顶会，能讯半导体0.15 μm GaN工艺平台提供坚实支撑|vcsel|信号|射频|放大器|电容

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（来源：第三代半导体产业）

近日，第73届国际固态电路会议(ISSCC)在美国旧金山盛大举行。在这场被誉为“芯片设计奥林匹克”的盛会上，香港科技大学Patrick Yue研究团队的两项前沿成果成功入选并发表，彰显了其在集成电路领域的卓越科研实力。值得一提的是，这两项成果均依托能讯半导体0.15 μm GaN工艺平台完成，标志着能讯半导体0.15 μm GaN 工艺平台性能指标与成熟度初放光彩。

论文一：A 40Gb/s 8mW-OMA 1-to-N VCSEL Driver for Parallel and Wireless Optical Links Using 150nm GaN HEMT

论文一聚焦于宽带高光功率VCSEL驱动器，Patrick Yue研究团队依托能讯0.15μm GaN工艺，针对传统VCSEL驱动器存在的寄生电容大、带宽受限、工艺兼容性差等行业痛点，基于0.15μm GaN HEMT工艺进行了全新架构设计与拓扑创新。摒弃传统阳极、阴极驱动拓扑，创新提出分离节点（Split-Node）拓扑，采用阳极数据驱动+阴极偏置的设计方案，将高速交流信号和直流偏置分离到不同节点，大幅减少了高速信号路径上的寄生电容，从而实现带宽的显著提升。

在射频性能上，该VCSEL驱动器实现-3dB带宽覆盖8.5GHz、-6dB带宽覆盖11.7GHz，可支持48Gb/s NRZ、54Gb/s PAM-4高速电信号传输，芯片增益达9.7-14.2dB，而芯片面积仅2.12mm²，同时实现了高速性能与面积小型化的平衡。在光学性能上，该VCSEL驱动器采用4×1串联阵列性能提升37.5%，可稳定实现40Gb/s NRZ、38Gb/s PAM-4高速光信号传输，光学调制幅度（OMA）达8.56mW，消光比（ER）达5.19dB，优于同类其它工艺产品。

图1：提出的新架构与传统架构对比

图2：S参数测试结果

图3：VCSEL驱动器光学性能对比

论文二：A 28-GHz CMOS+GaN Chiplet-Based Phased-Array Transmitter with >41-dBm PSAT, >40-dB PGain and >30%-Peak PAE

论文二聚焦于面向毫米波应用的28GHz相控阵发射机。该成果创新性地采用CMOS+GaN异构集成架构，通过双面倒装芯片技术将CMOS发射机芯粒与GaN功率放大器芯粒分别贴装在基板两侧，实现了电源、射频与热管理的深度协同设计。

在性能表现上，该发射机在2×2相控阵模式下，通过相干功率合成技术，实现了饱和输出功率（PSAT）超过41 dBm，功率增益（PGain）高于40 dB，以及峰值功率附加效率（PAE）超过30%的优异指标，展现出在毫米波通信领域的巨大应用潜力。

图4：基板的顶部和底部视图

图5：相控阵发射机整体结构示意图

能讯半导体0.15μm GaN工艺平台性能亮点

能讯半导体在继2025年推出DC-18GHz频段内综合性能出众的DG2503平台、以及可应用至60V的高功率密度平台DG2521之后，在高频应用方向继续创新，推出了高频率高性能的工艺平台DG1502。

该代工平台采用0.15 µm制程，以4吋SiC为衬底，衬底厚度为75 µm，支持28V、Sub-40 GHz应用。有源器件包含功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、开关（SW），无源器件主要包括电容、电感、电阻、传输线。

功率放大器（PA）性能：

在30GHz 20V和28V两种典型应用电压下的大信号性能（不含输出二次谐波匹配）如下表1所示，在30 GHz 20V和28V条件下，其PAE分别达到53.2%、51.6%。图一展示了20 V、28 V最大效率（MXE）匹配点的大信号功率扫描曲线。

表1：DG1502平台在Ka波段不同应用电压下的大信号性能

图6:MXE点功率扫描曲线(a) VDD=20V

（b）VDD=28V

低噪声放大器（LNA）性能：

值得一提的是，该平台的低噪声放大器（LNA）的噪声系数（NFmin）表现优异，以4×75um DUT为例，在30GHz、VDD=10V、Id=100mA/mm条件下，其NFmin低至0.62dB，可显著提升射频系统接收灵敏度与信号质量，使系统在复杂电磁环境下可保持稳定高效的性能表现。低噪声放大器的layout如下图：

图7:DG1502低噪声放大器的layout

射频开关（SW）性能：

DG1502平台的射频开关器件经过工艺迭代与设计优化，在高频应用场景下具备低插损、高隔离度、高功率容量及高耐压的优势，其中，以1mm芯片为例，其耐功率能力大于35W/mm@30GHz，击穿电压＞120V。同时，模型上，基于物理机理与等效电路模型改进，在不同条件下都能实现40GHz频段内较高的精度，能够有效提升电路设计成功率。射频开关器件的layout如下图：