[发明专利]用于卫星通信的系统和方法

说明书

描述了无线通信的各方面，包括：被配置为用于发射或接收数据的射频(RF)放大器芯片，该芯片包括：包括第一材料的第一基底和包括与第一材料不同的第二材料的第二基底。第一基底和第二基底可以是晶格匹配的，以使得第一基底和第二基底之间的界面区域在大约1332cm·¹处展现出sp3碳峰，其具有不大于5.0cm·¹的半峰全宽，如通过拉曼光谱法所测量的。在一些方面，第一基底和所述第二基底允许所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收数据。在一些方面，RF放大器芯片是卫星发射机的一部分。

交叉引用

本申请要求于2018年9月19日提交的美国临时专利申请序列号62/733,581的权益，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

绕地球轨道运行的卫星具有多种功能：信息的广播、全球定位系统、遥感和科学探索。卫星星座可以在低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)或地球静止轨道中。鉴于对移动数据不断增长的需求以及相关于5G网络的预计数据需求，卫星已经获得了人们的关注。因此，已经考虑了卫星性能。

发明内容

本文所描述的设备和系统可以通过提供优于传统RF功率放大器的改善的热性能和线性度而至少解决上述问题。例如，与传统的微波或毫米放大器相比，本文公开的基于金刚石(GaND)上的氮化镓的放大器可以提供以下优点中的至少一些。(1)对于相同的基板温度和芯片设计，相对于传统的固态放大器技术，本公开的各方面可以提供更高的输出功率和更低的热阻。(2)对于相同的基板和芯片大小但是不一定相同的芯片设计，相对于传统的固态放大器技术，本公开的各方面可以提供更高的输出功率、更低的热阻和更有效的热流。(3)对于相同的输出功率和芯片大小，与在较高的基板温度下的传统固态放大器技术相比，本公开的各方面可以在较低的基板温度下提供相等的输出功率。(4)对于相同的线性输出功率和芯片大小，相对于传统技术，本公开的各方面可以提供更高的功率附加效率(PAE)和更高的壁插效率。(5)对于相同的耗散功率(例如，热)和功率通量密度(PFD)受限的线性输出功率，由于降低了高阶互调产物的影响，本公开的各方面可以提供更高的线性度。

在一个方面，提供了一种用于发射或接收数据的芯片。该芯片可以包括：包括第一材料的第一基底；以及与第一基底相邻的第二基底，该第二基底包括与第一材料不同的第二材料，其中第二基底与第一基底晶格匹配，以使得第一基底和第二基底之间的界面区域在约1332cm·¹处展现出sp3碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp3碳峰具有不大于5.0cm·¹的半峰全宽，并且其中第一基底和第二基底允许芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收发射或接收数据。

在一些实施方式中，芯片包括射频放大器电路。在一些实施方式中，第一基底具有大于约1000W/mK的热导率。在一些实施方式中，第一基底包括金刚石。在一些实施方式中，第二基底是半导体。在一些实施方式中，第二基底包括III-V族半导体。在一些实施方式中，第二基底包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的材料。在一些实施方式中，第二基底包括硅。在一些实施方式中，界面区域在1550cm·¹处展现出sp2碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp2碳峰具有不大于背景减法(background subtraction)后的sp3碳峰的20％高度的幅度。在一些实施方式中，界面区域展现出大于或等于10％的局部背景强度的sp3碳峰。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒10吉比特。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒12吉比特。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒14吉比特。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒100吉比特。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒1太比特。在一些实施方式中，频率在从37.5GHz到300GHz的范围内。在一些实施方式中，频率在从37.5GHz到40.5GHz的范围内。在一些实施方式中，芯片包括晶体管，该晶体管包括第二基底。在一些实施方式中，晶体管具有小于40纳米(nm)的特征大小。在一些实施方式中，该频率具有至少50MHz的带宽。