X波段非對稱結構GaN大功率開關芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及開關芯片技術領域。
【背景技術】
[0002]氮化鎵(GaN)器件的發展是當今微波器件發展的最前沿，而且發展比較迅速，尤其是大功率方向是氮化鎵(GaN)器件的優勢所在。當前通信、雷達的發展功率要求越來越大，而且集成度越來越高。多功能芯片將是今后芯片發展的主流方向。因此國家鼓勵要大力發展麗IC技術，尤其是氮化鎵(GaN)麗IC技術，這也是目前國際麗IC技術的主流發展方向。
[0003]在當今的通信系統和雷達系統中，信號發射和接收共用一個天線，為了滿足收發分時工作的要求，就需要一個器件將兩種信號給分開。為了使信號傳播的更遠，發射信號功率都比較大。這就要求能將收發信號分開的器件能承受較大的微波功率。目前主流器件采用環形器完成該功能，傳統的FET (場效應晶體管)開關、PIN開關在較寬的頻段內又很難實現比較大的功率承受能力。而環形器由于工藝原因又難于和其他器件集成，難以實現完全的多功能電路。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種X波段非對稱結構GaN大功率開關芯片，具有較大的功率承受能力，較高帶寬，易于和其他器件集成，使用方便，電路結構簡單，沒有直流功耗，應用頻率更高，為今后的多功能單片電路打下基礎。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是:
[0006]—種X波段非對稱結構GaN大功率開關芯片，包括襯底，以及制作在襯底上的輸入端RFC、第一輸出端RFl、第二輸出端RF2、串聯三極管Tl、串聯三極管T2、并聯三極管T11、并聯三極管T12、并聯三極管T21和并聯三極管T22 ;所述第一輸入端RFC分別與串聯三極管Tl的一端和串聯三極管T2的一端相連；串聯三極管Tl的另一端分別與并聯三極管Tll的一端和并聯三極管T12的一端相連后接第一輸出端RFl，并聯三極管Tl I的另一端和并聯三極管T12的另一端分別接地；串聯三極管T2的另一端分別與并聯三極管T21的一端和并聯三極管T22的一端相連后接第二輸出端RF2，并聯三極管T21的另一端和并聯三極管T22的另一端分別接地；所述襯底為GaN襯底，所述串聯三極管Tl的總柵寬大于串聯三極管T2的總柵寬。
[0007]進一步的技術方案，所述芯片的輸入功率為30W，所述串聯三極管Tl的總柵寬為100 ymX6 -150 μmX6，串聯三極管 T2 的總柵寬為 50 μmX4 -80 ymX4
[0008]進一步的技術方案，所述第一輸出端RFl為發射端，第二輸出端RF2為接收端。
[0009]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本實用新型采用新材料氮化鎵(GaN)材料，采用一種非對稱電路拓撲結構，相較傳統對稱電路具有發射支路功率承受更大，相較傳統的Si材料FET開關具有高帶寬，相較砷化鎵(GaAs) FET開關具有大功率，相較PIN工藝具有大帶寬、使用簡單、沒有直流功耗等優點。本實用新型使用方便，電路結構簡單，易于和其他器件集成，為今后的多功能單片電路打下了基礎。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型開關電路拓補結構不意圖；
[0011]圖2是傳統的開關電路實際圖；
[0012]圖3是本實用新型的開關電路實際圖；
[0013]圖4是圖3的外形框圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0015]如圖3所示，X波段非對稱結構GaN大功率開關芯片，包括襯底，以及制作在襯底上的輸入端RFC、第一輸出端RFl、第二輸出端RF2、串聯三極管T1、串聯三極管T2、并聯三極管Tl 1、并聯三極管T12、并聯三極管T21和并聯三極管T22。第一輸出端RFl為發射端，第二輸出端RF2為接收端。第一輸入端RFC分別與串聯三極管Tl的一端和串聯三極管T2的一端相連；串聯三極管Tl的另一端分別與并聯三極管Tll的一端和并聯三極管T12的一端相連后接第一輸出端RF1，并聯三極管Tll的另一端和并聯三極管T12的另一端分別接地；串聯三極管T2的另一端分別與并聯三極管T21的一端和并聯三極管T22的一端相連后接第二輸出端RF2，并聯三極管T21的另一端和并聯三極管T22的另一端分別接地；襯底為GaN襯底，串聯三極管Tl的總柵寬大于串聯三極管T2的總柵寬。芯片的輸入功率為30W，串聯三極管Tl的總柵寬為100μπιΧ6 -150μπιΧ6，串聯三極管Τ2的總柵寬為50μπιΧ4 -80μπιΧ4。串聯三極管Tl的總柵寬優選120 μπιΧ6，串聯三極管Τ2的總柵寬優選60 μπιΧ4。
[0016]由于傳統的砷化鎵(GaAs) FET開關承受功率都比較小，主要原因一個是由砷化鎵(GaAs )材料決定的，一個就是器件的結構決定的，砷化鎵(GaAs )材料的電子迀移率要小于氮化鎵(GaN)材料的電子迀移率，導致砷化鎵(GaAs)材料FET的電流承受能力不如氮化鎵(GaN)材料FET，同樣砷化鎵(GaAs)材料FET的擊穿電壓要小于氮化鎵(GaN)材料FET的擊穿電壓。這就決定了氮化鎵(GaN)材料FET的耐受功率能力要比砷化鎵(GaAs)材料FET大。
[0017]理論上氮化鎵(GaN)材料的功率耐受能力比較大。但是要想達到一個較高的功率承受能力，還需要設計上的保證，尤其是開關電路拓撲的選擇上。
[0018]傳統的開關電路結構基本都是對稱結構。即單刀雙擲開關電路的兩路的電路結構是一樣的，射頻輸出兩路是鏡像關系。輸出兩路的射頻指標基本一致，兩路的功率承受能力也基本一致。如圖1和圖2所示，傳統FET開關大都是對稱結構的，也就是串聯三極管Tl和串聯三極管Τ2，以及并聯三極管Tl 1、并聯三極管Τ12和并聯三極管Τ21、并聯三極管Τ22是完全一致的，這樣該電路的第一輸出端RF1、第二輸出端RF2支路的電性能指標理論上是完全一致的。這樣就導致需要大功率的一路功率達不到，不需要大功率的一路功率承受指標遠遠富裕。但是隨著雷達體系的發展，發射支路發射功率越來越大，而接收支路不要求那么大的功率，因此這種電路在電路中一路需要大功率的情況下是有缺陷的。
[0019]因此本實用新型提出一種非對稱結構電路，這樣能最大限度的增大發射支路的發射功率，還能使接收支路的插損不至于過大，以免影響接收支路的噪聲要求。本實用新型的電路拓撲結構上沿用圖1中的一串兩并結構，如圖3所示，本實用新型中串聯三極管Tl明顯的比串聯三極管T2要大，即發射支路的串聯GaN基三極管采用總柵寬較大的串聯三極管Tl，這樣可以減小發射支路的插入損耗，插入損耗減小，使消耗在串聯三極管Tl上的功率減小，本身總柵寬較大的串聯三極管Tl因其面積較大，散熱較好，功率承受能力相應的增大。接收支路串聯二極管米用總棚■寬$父小的串聯二極管T2，這樣可以提尚電路的尚頻特性，減小發射支路工作時的功率損耗。
[0020]本實用新型X波段(8-12GHZ)非對稱結構氮化鎵(GaN)大功率開關芯片具有如下優點:承受功率比較大，X波段能達到30W，這是硅基、砷化鎵基FET開關和PIN開關達不到的。該電路易于和其他器件的集成，比如大功率開關低噪聲放大器、大功率開關濾波器等電路，可以集成在一個芯片上，使傳統的組件電路更趨于小型化。芯片使用外形框圖如圖4所示，第一輸出端RFl和第二輸出端RF2位于芯片的左右兩側，輸入端RFC位于芯片的前側，控制1、控制2為控制端口，位于芯片的后側。
【主權項】
1.一種X波段非對稱結構GaN大功率開關芯片，包括襯底，以及制作在襯底上的輸入端RFC、第一輸出端RFl、第二輸出端RF2、串聯三極管Tl、串聯三極管T2、并聯三極管T11、并聯三極管T12、并聯三極管T21和并聯三極管T22 ;所述第一輸入端RFC分別與串聯三極管Tl的一端和串聯三極管T2的一端相連；串聯三極管Tl的另一端分別與并聯三極管Tll的一端和并聯三極管T12的一端相連后接第一輸出端RFl，并聯三極管Tl I的另一端和并聯三極管T12的另一端分別接地；串聯三極管T2的另一端分別與并聯三極管T21的一端和并聯三極管T22的一端相連后接第二輸出端RF2，并聯三極管T21的另一端和并聯三極管T22的另一端分別接地；其特征在于所述襯底為GaN襯底，所述串聯三極管Tl的總柵寬大于串聯三極管T2的總柵寬。2.根據權利要求1所述的X波段非對稱結構GaN大功率開關芯片，其特征在于所述芯片的輸入功率為30W，所述串聯三極管Tl的總柵寬為100 μπιΧ6 -150 μπιΧ6，串聯三極管Τ2 的總柵寬為 50ymX4 -80ymX4o3.根據權利要求1所述的X波段非對稱結構GaN大功率開關芯片，其特征在于所述第一輸出端RFl為發射端，第二輸出端RF2為接收端。
【專利摘要】本實用新型公開了一種X波段非對稱結構GaN大功率開關芯片，涉及開關芯片技術領域；襯底采用GaN襯底，采用非對稱的一串兩并電路結構，且串聯三極管T1的總柵寬大于串聯三極管T2的總柵寬，從而使開關芯片有較大的功率承受能力，較高帶寬，易于和其他器件集成。本實用新型使用方便，電路結構簡單，沒有直流功耗，應用頻率更高，為今后的多功能單片電路打下了基礎。
【IPC分類】H03K17/72
【公開號】CN204836116
【申請號】CN201520452722
【發明人】趙瑞華, 劉金, 王磊, 王凱
【申請人】河北博威集成電路有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年6月29日