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基于碳化硅上镧钴氧化物的宽带宽高功率射频限幅器
Wide Bandwidth, High Power Radio Frequency Limiter Based on Lanthanum Cobalt Oxide on SiC
| 作者 | Rajashree Bhattacharya |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 射频限幅器 氧化镧钴 绝缘体到金属相变 宽温度范围 三维多物理模型 |
语言:
中文摘要
绝缘体 - 金属相变氧化物为突破当前射频限幅器技术的限制提供了契机。在本文中,我们展示了基于溅射在碳化硅衬底上的钴酸镧(LaCoO₃,LCO)的并联功率限幅器。本文所介绍的 LCO 限幅器在基于绝缘体 - 金属相变(IMT)材料的射频开关中,实现了有报道以来最宽温度范围(从 10°C 到 225°C)内的限幅性能。在 2 GHz 频率下,该功率限幅器在高达 75°C 的温度下插入损耗小于 1 dB,可承受高达 40 dBm 的功率,泄漏功率为 20 dBm。我们在 0.1 至 50 GHz 范围内进行了 S 参数测试,验证了 LCO 微波器件的宽带适用性。我们展示了该器件在高温和高频下具有较低的小信号损耗,在 125°C 和 50 GHz 条件下最大插入损耗为 1.15 dB。最后,我们报道了一个三维多物理场模型,该模型能准确预测 LCO 射频器件的性能,可用于进一步的器件优化。
English Abstract
The insulator-to-metal phase transition oxides offer an opportunity to overcome the current constraints in RF limiter technology. In this article, we present shunt power limiters based on sputtered lanthanum cobalt oxide (LaCoO3, LCO) on silicon carbide substrate. The LCO limiters presented in this article achieve limiting behavior over the broadest temperature range ever reported for an insulator to metal transition (IMT) material-based RF switch, from 10 °C to 225 °C. At 2 GHz, the power limiter provides <1-dB insertion loss up to 75 °C, resilience up to 40 dBm, and leakage power of 20 dBm. S-parameter testing was conducted from 0.1 to 50 GHz, verifying the broadband viability of LCO microwave devices. We present low small signal losses at high temperature and frequency, with a maximum insertion loss of 1.15 dB at 125 °C and 50 GHz. Finally, we report on a 3-D multiphysics model that accurately predicts the LCO RF device behavior and can be used for further device optimization.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于钴酸镧(LaCoO3)材料的射频限幅器技术具有重要的潜在应用价值。在光伏逆变器和储能系统中,功率变换设备面临日益严峻的电磁兼容性挑战,特别是在高功率密度设计和复杂电磁环境下,射频干扰抑制成为关键技术瓶颈。
该技术的核心优势在于其宽温度工作范围(10-225°C)和宽频带特性(0.1-50 GHz),这与我们产品的实际工况高度契合。光伏逆变器和储能变流器在户外或集装箱环境中运行,环境温度波动剧烈,传统射频保护器件往往在极端温度下性能衰减。LCO限幅器在125°C、50 GHz条件下仍保持1.15 dB的低插入损耗,展现出优异的高温稳定性,可有效保护敏感的控制电路和通信模块免受射频浪涌损害。
从技术成熟度评估,该技术已实现40 dBm功率处理能力和精确的多物理场建模,表明其从材料研发向工程应用过渡的可行性。对于阳光电源而言,这项技术可应用于:(1)提升逆变器EMC性能,降低滤波器设计复杂度;(2)增强储能系统通信模块的抗干扰能力;(3)为兆瓦级以上大功率设备提供更可靠的射频防护。
然而,技术挑战仍然存在。钴酸镧薄膜的溅射工艺与碳化硅基板的成本控制需要进一步优化,相变材料的长期可靠性和循环寿命需在实际电力电子环境中验证。建议阳光电源关注该技术的产业化进程,适时开展联合研发,将其整合到下一代高功率密度产品的EMC解决方案中,巩固在新能源装备领域的技术领先地位。