CN104935278B - 氮化镓基低漏电流固支梁开关乙类推挽功率放大器及制备 - Google Patents
氮化镓基低漏电流固支梁开关乙类推挽功率放大器及制备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的一种氮化镓基低漏电流固支梁开关乙类推挽功率放大器，包括第一固支梁开关N型MESFET(1)，第二固支梁开关N型MESFET(19)，第三固支梁开关N型MESFET(20)和固支梁开关P型MESFET(2)，恒流源(18)，LC回路；该交叉耦合的第二固支梁开关N型MESFET(19)，第三固支梁开关N型MESFET(20)能够提供负阻给LC回路，从而补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高本发明的乙类推挽功放输出端LC回路的品质因素。并且GaN基的MESFET具有高电子迁移率，能够满足射频信号下电路正常工作的需要。
Description
技术领域
本发明提出了GaN基低漏电流固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器，属于微电子机械系统的技术领域。
背景技术
随着电子技术的发展，人们在某些电子系统中需要输出较大的功率，例如在家用音响系统往往需要把声频信号的功率提高到几瓦到几十瓦。在一般的多级放大电路中，除了有电压放大电路，也需要一个向负载提供功率的放大电路。功率放大电路分为甲类，乙类等。甲类放大电路中，电源持续不断的给负载输送功率，信号越大，输送给负载的功率越多，即使在理想状态下，甲类功放的效率最高也只能达到50％，其中静态电流是造成甲类功放效率不高的主要因素。而乙类功率放大器把静态工作点向下移动，使信号等于零时电源输出功率也等于零，这样电源供给功率以及管耗都随着输出功率的大小而变，提高了效率。随着集成电路的发展，芯片的规模变得很大，人们对于芯片的功耗越来越重视。太高的功耗会对芯片的散热材料提出更高的要求，还会使芯片的性能受到影响。所以，对于功率放大器的低功耗的设计在集成电路的设计中显得越来越重要。
传统MESFET在工作态时栅极与衬底之间具有较大的栅极漏电流，本发明即是基于GaN工艺设计了一种具有极低的漏电流的GaN基固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器，可以有效地降低乙类推挽功率放大器中晶体管的栅极漏电流，降低乙类推挽功率放大器的功耗。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提供氮化镓基低漏电流固支梁开关乙类推挽功率放大器及制备方法，传统的乙类推挽功率放大器在输入交流信号时，N型MESFET和P型MESFET轮流导通成推挽式电路，传统MESFET的栅极由金属和沟道区形成肖特基接触，所以不可避免的会有一定的栅极漏电流。在集成电路中，由于存在这样的漏电流会增加乙类推挽功率放大器的工作功耗。在本发明中可以使栅极漏电流得到有效的降低，同时该乙类功率放大器输出端LC回路并联了具有负阻特性的交叉耦合的固支梁开关MESFET对管，能够补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高本发明的乙类推挽功率放大器输出端LC回路的品质因素。
技术方案：本发明的氮化镓基低漏电流固支梁开关乙类推挽功率放大器，包括第一固支梁开关N型MESFET，第二固支梁开关N型MESFET，第三固支梁开关N型MESFET和固支梁开关P型MESFET，恒流源，LC回路；其中，该功率放大器使用的第一固支梁开关N型MESFET、第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET基于GaN衬底，其输入引线是利用金制作，N型MESFET的源极和N型MESFET的漏极由金属和重掺杂N区形成欧姆接触构成，栅极由钛/铂/金合金和N型有源层形成肖特基接触构成，在固支梁开关N型MESFET的栅极上方悬浮着固支梁开关，交流信号加载在固支梁开关上，该固支梁开关由钛/金/钛三层复合制成，固支梁开关两边的两个锚区制作在半绝缘GaN衬底上，在固支梁开关与衬底之间存在下拉电极，下拉电极由氮化硅材料覆盖，第二固支梁开关N型MESFET、第三固支梁开关N型MESFET的下拉电极接地，第一固支梁开关N型MESFET的下拉电极通过高频扼流圈接电源-V2，第一固支梁开关N型MESFET的N型MESFET的漏极通过引线和高频扼流圈接到电源+V1上；
该功率放大器使用的固支梁开关P型MESFET基于GaN衬底，其输入引线是利用金制作，P型MESFET的源极和P型MESFET的漏极由金属和重掺杂P区形成欧姆接触构成，栅极由金属钛/铂/金合金和P型有源层形成肖特基接触构成，在固支梁开关P型MESFET的栅极上方悬浮着固支梁开关，交流信号加载在固支梁开关上，该固支梁开关由钛/金/钛制作，固支梁开关两个锚区制作在半绝缘GaN衬底上，在固支梁开关与衬底之间存在下拉电极，下拉电极由氮化硅材料覆盖，固支梁开关P型MESFET的下拉电极通过高频扼流圈接电源+V2,固支梁开关P型MESFET的漏极通过引线和高频扼流圈接电源-V1上,第一固支梁开关NMESFET和固支梁开关PMESFET的固支梁开关通过锚区，引线连在一起作为该乙类推挽式功率放大器的输入端vi，第一固支梁开关N型MESFET的源极和固支梁开关P型MESFET的源极接在一起作为输出端vo，输出端通过一个隔直流电容与LC回路和交叉耦合的第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET相连,第二固支梁开关N型MESFET的漏极通过引线和第三固支梁开关N型MESFET的固支梁开关接到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第三固支梁开关N型MESFET的漏极通过引线和第二固支梁开关N型MESFET的固支梁开关接到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET形成交叉耦合结构，第二固支梁开关NMESFET的源极和第三固支梁开关NMESFET的源极连在一起并与恒流源相连，恒流源的另一端接地，LC回路接在第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET的漏极之间，第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET与第一固支梁开关N型MESFET这三个固支梁开关N型MESFET区别仅在于它们的固支梁开关的形状不同，第一固支梁开关N型MESFET的固支梁开关为宽梁，第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET的固支梁开关为窄梁。
设计第一固支梁开关N型MESFET和固支梁开关P型MESFET的阈值电压VT的绝对值相等并且│VT│<│VA│，同时设计第一固支梁开关N型MESFET和固支梁开关P型MESFET的固支梁下拉电压的绝对值为Vpullin,│VA-V2│<Vpullin<│VA+V2│,VA是Vi的幅值。该乙类推挽功率放大器工作时，将交流信号通过锚区加载到第一固支梁开关N型MESFET和固支梁开关P型MESFET的固支梁开关之间，当输入信号处于正半周期时，第一固支梁开关N型MESFET的固支梁与其下拉电极板之间电压为│VA+V2│，大于固支梁下拉电压为Vpullin，所以第一固支梁开关N型MESFET的固支梁下拉与第一固支梁开关N型MESFET的栅极贴紧，此时加载在栅极上的电压VA大于阈值电压VT，第一固支梁N型MESFET导通，而固支梁开关P型MESFET的固支梁与其下拉电极板之间电压为│VA-V2│，小于固支梁下拉电压为Vpullin，所以固支梁开关P型MESFET的固支梁悬浮，因此固支梁开关P型MESFET关断，当输入信号处于负半周期时情况则相反，这样就使该乙类推挽功率放大器中的第一固支梁开关N型MESFET和固支梁开关P型MESFET随着输入信号的变化处于交替导通与关断，第一固支梁开关N型MESFET和固支梁开关P型MESFET的关断意味着其固支梁开关处于悬浮在栅极上方，因此没有栅极漏电流。
该乙类功率放大器输出端接LC回路和交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管，交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管由第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET组成，设计第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET的阈值电压相等，同时设计第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET的阈值电压与它的固支梁下拉电压相等，当第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET的固支梁与下拉电极板间的电压大于阈值电压的绝对值，所以固支梁被下拉到栅极上，固支梁与栅极短接，同时栅极与源极间的电压也大于阈值电压，所以第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET导通，当第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET的固支梁和下拉电极板之间的电压小于阈值电压，固支梁是悬浮在栅极上方，处于截止，该交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管在稳定工作时，第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET交替导通与关断，当固支梁开关N型MESFET关断，固支梁处于悬浮状态，那么也就没有栅极漏电流。该交叉耦合的第二固支梁开关N型MESFET和第三固支梁开关N型MESFET能够提供负阻给LC回路，从而补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高本发明的乙类推挽功放输出端LC回路的品质因素。并且GaN基的MESFET具有高电子迁移率，能够满足射频信号下电路正常工作的需要。
GaN基固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器的制备方法包括以下几个步骤：
1)准备半绝缘GaN衬底；
2)淀积氮化硅，用等离子体增强型化学气相淀积法工艺(PECVD)生长一层氮化硅，然后光刻和刻蚀氮化硅，去除N型MESFET有源区的氮化硅；
3)N型MESFET有源区离子注入：注入磷后，在氮气环境下退火；退火完成后，在高温下进行N+杂质再分布，形成N型MESFET有源区的N型有源层；
4)去除氮化硅层：采用干法刻蚀技术将氮化硅全部去除；
5)光刻栅区，去除栅区的光刻胶；
6)电子束蒸发钛/铂/金；
7)去除光刻胶以及光刻胶上的钛/铂/金；
8)加热，使钛/铂/金合金与N型GaN有源层形成肖特基接触；
9)涂覆光刻胶，光刻并刻蚀N型MESFET源极和漏极区域的光刻胶；
10)注入重掺杂N型杂质，在N型MESFET源极和漏极区域形成的N型重掺杂区，注入后进行快速退火处理；
11)光刻源极和漏极，去除引线、源极和漏极的光刻胶；
12)真空蒸发金锗镍/金；
13)去除光刻胶以及光刻胶上的金锗镍/金；
14)合金化形成欧姆接触，形成引线、源极和漏极；
15)涂覆光刻胶，去除输入引线、电极板和固支梁的锚区位置的光刻胶；
16)蒸发第一层金，其厚度约为0.3μm；
17)去除光刻胶以及光刻胶上的金，初步形成输入引线、电极板和固支梁的锚区；
18)淀积氮化硅：用等离子体增强型化学气相淀积法工艺(PECVD)生长厚的氮化硅介质层；
19)光刻并刻蚀氮化硅介质层，保留在电极板上的氮化硅；
20)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在砷化镓衬底上涂覆1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲层，要求填满凹坑；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留固支梁下方的牺牲层；
21)蒸发钛/金/钛，其厚度为500/1500/蒸发用于电镀的底金；
22)光刻：去除要电镀地方的光刻胶；
23)电镀金，其厚度为2μm；
24)去除光刻胶：去除不需要电镀地方的光刻胶；
25)反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成固支梁；
26)释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除固支梁下的聚酰亚胺牺牲层，去离子水稍稍浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干。
有益效果：本发明的GaN基低漏电流固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器在工作时，将交流信号通过锚区加载到固支梁开关N型MESFET和固支梁开关P型MESFET的固支梁开关之间，当输入信号处于正半周期时，固支梁开关N型MESFET的固支梁与其下拉电极板之间电压为│VA+V2│，大于固支梁下拉电压为Vpullin，所以固支梁开关N型MESFET的固支梁下拉与固支梁开关N型MESFET的栅极贴紧，此时加载在栅极上的电压VA大于阈值电压VT，固支梁N型MESFET导通，而固支梁开关P型MESFET的固支梁与其下拉电极板之间电压为│VA-V2│，小于固支梁下拉电压为Vpullin，所以固支梁开关P型MESFET的固支梁开关悬浮在栅极上方，因此固支梁开关P型MESFET关断，当输入信号处于负半周期时情况则相反，这样就使该乙类推挽功率放大器中的固支梁开关N型MESFET和固支梁开关P型MESFET随着输入信号的变化处于交替导通与关断，固支梁开关N型MESFET和固支梁开关P型MESFET的关断意味着其固支梁开关处于悬浮状态，那么也就没有栅极漏电流，从而降低电路的功耗。输出端LC回路并联了具有负阻特性交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管，该交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管工作时两个固支梁栅N型MESFET交替导通与关断，当固支梁栅N型MESFET关断时，固支梁开关处于悬浮状态时，大大减小栅极漏电流，从而降低电路的功耗，同时该交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管能够提供负阻给LC回路，从而补偿了LC回路中电感的寄生电阻，从而提升了该乙类推挽功率放大器输出端LC回路的品质因素。并且GaN基的MESFET具有高电子迁移率，能够满足射频信号下电路正常工作的需要。
附图说明
图1为本发明GaN基低漏电流固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器的俯视图，
图2为图1GaN基低漏电流固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器的P-P’向的剖面图，
图3为图1GaN基低漏电流固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器的A-A’向的剖面图，
图4为图1GaN基低漏电流固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器的B-B’向的剖面图，
图5为GaN基低漏电流固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器原理图和备注表格。
图中包括：第一固支梁N型MESFET1，固支梁P型MESFET2，半绝缘GaN衬底3，输入引线4，栅极5，固支梁开关6，锚区7，电极板8，氮化硅层9，N型MESFET的源极10，N型有源层11，N型MESFET的漏极12，通孔13,引线14，P型有源层15，P型MESFET的源极16，P型MESFET的漏极17，恒流源18，第二固支梁N型MESFET19，第三固支梁N型MESFET20。
具体实施方式
本发明的GaN基固支梁开关MESFET高品质因素乙类推挽功率放大器由固支梁开关N型MESFET1，第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20，固支梁开关P型MESFET2和LC回路构成。该功率放大器使用的第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20基于GaN衬底，其输入引线4是利用金制作，源极10和漏极12由金属和重掺杂N区形成欧姆接触构成，栅极5由金属和N型有源层11形成肖特基接触构成，在固支梁开关N型MESFET的栅极5上方悬浮着固支梁开关6，交流信号加载在固支梁开关6上，该固支梁开关6由钛/金/钛制作，固支梁开关6两个锚区7制作在半绝缘GaN衬底3上，在固支梁开关6与衬底之间存在下拉电极8，下拉电极8由氮化硅材料9覆盖，固支梁开关N型MESFET1的下拉电极通过高频扼流圈接电源-V2，第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的下拉电极8接地，固支梁开关N型MESFET的漏极12通过引线14和高频扼流圈接到电源+V1上。该功率放大器使用的固支梁开关P型MESFET2基于GaN衬底，其输入引线4是利用金合金制作，源极17和漏极16由金属和重掺杂P区形成欧姆接触构成，栅极5由金属和P型有源层15形成肖特基接触构成，在固支梁开关P型MESFET(2)的栅极5上方悬浮着固支梁开关6，交流信号加载在固支梁开关6上，该固支梁开关6由钛/金/钛制作，固支梁开关6两个锚区7制作在半绝缘GaN衬底3上，在固支梁开关6与衬底之间存在下拉电极8，下拉电极8由氮化硅材料9覆盖，固支梁开关P型MESFET2的下拉电极8通过高频扼流圈接电源+V2,固支梁开关P型MESFET的漏极16通过引线14和高频扼流圈接电源-V1上,固支梁开关N型MESFET的源极和固支梁开关P型MESFET的源极接在一起作为输出端，输出端接LC回路和交叉耦合的第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20。第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的下拉电极8接地，第二固支梁开关N型MESFET19的漏极12通过引线14和第三固支梁开关N型MESFET20的固支梁开关6接到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第三固支梁开关N型MESFET20的漏极12通过引线14和第二固支梁开关N型MESFET19的固支梁开关6接到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20形成交叉耦合结构，LC回路接在第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的漏极12之间，第一固支梁开关N型MESFET 1,第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20区别仅在于它们的固支梁开关6的下拉电压不同，固支梁开关6的下拉电压大设计为宽梁，固支梁开关6的下拉电压小设计为窄梁。
设计固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2的阈值电压VT的绝对值相等并且│VT│<│VA│，同时设计固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2的固支梁下拉电压的绝对值为Vpullin,│VA-V2│<Vpullin<│VA+V2│,VA是Vi的幅值。该乙类推挽功率放大器工作时，将交流信号通过锚区加载到固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2的固支梁开关之间，当输入信号处于正半周期时，固支梁开关N型MESFET1的固支梁与其下拉电极板之间电压为│VA+V2│，大于固支梁下拉电压为Vpullin，所以固支梁开关N型MESFET1的固支梁下拉与固支梁开关N型MESFET1的栅极贴紧，此时加载在栅极上的电压VA大于阈值电压VT，固支梁N型MESFET1导通，而固支梁开关P型MESFET2的固支梁与其下拉电极板之间电压为│VA-V2│，小于固支梁下拉电压为Vpullin，所以固支梁开关P型MESFET2的固支梁悬浮，固支梁与栅极间有一层空气层，因此固支梁开关P型MESFET2关断，当输入信号处于负半周期时情况则相反，这样就使该乙类推挽功率放大器中的固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2随着输入信号的变化处于交替导通与关断，固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2的关断意味着其固支梁开关处于悬浮状态，那么也就没有栅极漏电流，从而降低电路的功耗。
该乙类功率放大器输出端接LC回路和交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管，交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管由第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20组成，设计第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的阈值电压相等，同时设计第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的阈值电压与它的固支梁下拉电压相等，当第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的固支梁与下拉电极板间的电压大于阈值电压的绝对值，所以固支梁被下拉到栅极上，固支梁与栅极短接，同时栅极与源极间的电压也大于阈值电压，所以第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20导通，当第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的固支梁和下拉电极板之间的电压小于阈值电压，固支梁是悬浮在栅极上方，处于截止，该交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管在稳定工作时，第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20交替导通与关断，当固支梁开关N型MESFET关断，固支梁处于悬浮状态，那么也就没有栅极漏电流，从而降低电路的功耗。该交叉耦合的第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20能够提供负阻给LC回路，从而补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高本发明的乙类推挽功放输出端LC回路的品质因素。并且GaN基的MESFET具有高电子迁移率，能够满足射频信号下电路正常工作的需要。
GaN基低漏电流固支梁开关MESFET高品质因素乙类推挽功率放大器的制备方法包括以下几个步骤：
1)准备半绝缘GaN衬底；
2)淀积氮化硅，用等离子体增强型化学气相淀积法工艺PECVD生长一层氮化硅，然后光刻和刻蚀氮化硅，去除N型MESFET有源区的氮化硅；
3)N型MESFET有源区离子注入：注入磷后，在氮气环境下退火；退火完成后，在高温下进行N+杂质再分布，形成N型MESFET有源区的N型有源层；
4)去除氮化硅层：采用干法刻蚀技术将氮化硅全部去除；
5)光刻栅区，去除栅区的光刻胶；
6)电子束蒸发钛/铂/金；
7)去除光刻胶以及光刻胶上的钛/铂/金；
8)加热，使钛/铂/金合金与N型GaN有源层形成肖特基接触；
9)涂覆光刻胶，光刻并刻蚀N型MESFET源极和漏极区域的光刻胶；
10)注入重掺杂N型杂质，在N型MESFET源极和漏极区域形成的N型重掺杂区，注入后进行快速退火处理；
11)光刻源极和漏极，去除引线、源极和漏极的光刻胶；
12)真空蒸发金锗镍/金；
13)去除光刻胶以及光刻胶上的金锗镍/金；
14)合金化形成欧姆接触，形成引线、源极和漏极；
15)涂覆光刻胶，去除输入引线、电极板和固支梁的锚区位置的光刻胶；
16)蒸发第一层金，其厚度约为0.3μm；
17)去除光刻胶以及光刻胶上的金，初步形成输入引线、电极板和固支梁的锚区；
18)淀积氮化硅：用等离子体增强型化学气相淀积法工艺PECVD生长厚的氮化硅介质层；
19)光刻并刻蚀氮化硅介质层，保留在电极板上的氮化硅；
20)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在砷化镓衬底上涂覆1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲层，要求填满凹坑；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留固支梁下方的牺牲层；
21)蒸发钛/金/钛，其厚度为500/1500/蒸发用于电镀的底金；
22)光刻：去除要电镀地方的光刻胶；
23)电镀金，其厚度为2μm；
24)去除光刻胶：去除不需要电镀地方的光刻胶；
25)反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成固支梁；
26)释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除固支梁下的聚酰亚胺牺牲层，去离子水稍稍浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干。
本发明与现有技术的区别在于：
本发明中GaN基低漏电流固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器与传统的乙类推挽功率放大器最大的区别在于所用的固支梁开关MESFET的栅极上方设计有固支梁结构,MESFET的栅极与衬底之间形成了肖特基接触，在栅极下方的衬底中形成耗尽层。设计固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2的阈值电压VT的绝对值相等并且│VT│<│VA│，同时设计固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2的固支梁下拉电压的绝对值为Vpullin,│VA-V2│<Vpullin<│VA+V2│,VA是Vi的幅值。该乙类推挽功率放大器工作时，将交流信号通过锚区加载到固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2的固支梁开关之间，当输入信号处于正半周期时，固支梁开关N型MESFET1的固支梁与其下拉电极板之间电压为│VA+V2│，大于固支梁下拉电压为Vpullin，所以固支梁开关N型MESFET1的固支梁下拉与固支梁开关N型MESFET1的栅极贴紧，此时加载在栅极上的电压VA大于阈值电压VT，固支梁N型MESFET1导通，而固支梁开关P型MESFET2的固支梁与其下拉电极板之间电压为│VA-V2│，小于固支梁下拉电压为Vpullin，所以固支梁开关P型MESFET2的固支梁悬浮在栅极上方，因此固支梁开关P型MESFET2关断，当输入信号处于负半周期时情况则相反，这样就使该乙类推挽功率放大器中的固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2随着输入信号的变化处于交替导通与关断，固支梁开关N型MESFET1和固支梁开关P型MESFET2的关断意味着其固支梁开关处于悬浮在栅极上方，那么也就没有栅极漏电流，从而降低了电路的功耗。该乙类功率放大器输出端接LC回路和交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管，交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管由第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20组成，设计第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的阈值电压相等，同时设计第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的阈值电压与它的固支梁下拉电压相等，当第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的固支梁与下拉电极板间的电压大于阈值电压的绝对值，所以固支梁被下拉到栅极上，固支梁与栅极短接，同时栅极与源极间的电压也大于阈值电压，所以第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20导通，当第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20的固支梁和下拉电极板之间的电压小于阈值电压，固支梁是悬浮在栅极上方，处于截止，该交叉耦合的固支梁开关N型MESFET对管在稳定工作时，第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20交替导通与关断，当固支梁开关N型MESFET关断，固支梁处于悬浮状态，那么也就没有栅极漏电流，从而降低了电路的功耗。该交叉耦合的第二固支梁开关N型MESFET19和第三固支梁开关N型MESFET20能够提供负阻给LC回路，从而补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高本发明的乙类推挽功放输出端LC回路的品质因素。并且GaN基的MESFET具有高电子迁移率，能够满足射频信号下电路正常工作的需要。
满足以上条件的结构即视为本发明的GaN基低漏电流固支梁开关MESFET乙类推挽功率放大器。
Claims (1)
1.一种氮化镓基低漏电流固支梁开关乙类推挽功率放大器，其特征在于该功率放大器包括第一固支梁开关N型MESFET(1)，第二固支梁开关N型MESFET(19)，第三固支梁开关N型MESFET(20)和固支梁开关P型MESFET(2)，恒流源(18)，LC回路；其中，该功率放大器使用的第一固支梁开关N型MESFET(1)、第二固支梁开关N型MESFET(19)和第三固支梁开关N型MESFET(20)基于GaN衬底，输入引线(4)是利用金制作，N型MESFET的源极(10)和N型MESFET的漏极(12)由金属和重掺杂N区形成欧姆接触构成，栅极(5)由钛、铂或金合金和N型有源层(11)形成肖特基接触构成，在固支梁开关N型MESFET的栅极(5)上方悬浮着固支梁开关(6)，交流信号加载在固支梁开关(6)上，该固支梁开关(6)由钛-金-钛三层复合制成，固支梁开关(6)两边的两个锚区(7)制作在半绝缘GaN衬底(3)上，在固支梁开关(6)与衬底之间存在下拉电极(8)，下拉电极(8)由氮化硅材料(9)覆盖，第二固支梁开关N型MESFET(19)、第三固支梁开关N型MESFET(20)的下拉电极(8)接地，第一固支梁开关N型MESFET(1)的下拉电极通过高频扼流圈接电源-V2，第一固支梁开关N型MESFET(1)的N型MESFET的漏极(12)通过引线(14)和高频扼流圈接到电源+V1上；
该功率放大器使用的固支梁开关P型MESFET(2)基于GaN衬底，输入引线(4)是利用金制作，P型MESFET的源极(17)和P型MESFET的漏极(16)由金属和重掺杂P区形成欧姆接触构成，栅极(5)由金属钛、铂或金合金和P型有源层(15)形成肖特基接触构成，在固支梁开关P型MESFET(2)的栅极(5)上方悬浮着固支梁开关(6)，交流信号加载在固支梁开关(6)上，该固支梁开关(6)由钛-金-钛三层复合制成，固支梁开关(6)两个锚区(7)制作在半绝缘GaN衬底(3)上，在固支梁开关(6)与衬底之间存在下拉电极(8)，下拉电极(8)由氮化硅材料(9)覆盖，固支梁开关P型MESFET(2)的下拉电极(8)通过高频扼流圈接电源+V2,固支梁开关P型MESFET的漏极(16)通过引线(14)和高频扼流圈接电源-V1上,第一固支梁开关N型MESFET(1)和固支梁开关P型MESFET(2)的固支梁开关(6)通过锚区(7)，引线(4)连在一起作为该乙类推挽式功率放大器的输入端vi，第一固支梁开关N型MESFET(1)的源极(10)和固支梁开关P型MESFET(2)的源极(17)接在一起作为输出端vo，输出端通过一个隔直流电容与LC回路和交叉耦合的第二固支梁开关N型MESFET(19)和第三固支梁开关N型MESFET(20)相连,第二固支梁开关N型MESFET(19)的漏极(12)通过引线(14)和第三固支梁开关N型MESFET(20)的固支梁开关(6)接到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第三固支梁开关N型MESFET(20)的漏极(12)通过引线(14)和第二固支梁开关N型MESFET(19)的固支梁开关(6)接到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第二固支梁开关N型MESFET(19)和第三固支梁开关N型MESFET(20)形成交叉耦合结构，第二固支梁开关N型MESFET(19)的源极(10)和第三固支梁开关N型MESFET(20)的源极(10)连在一起并与恒流源(18)相连，恒流源(18)的另一端接地，LC回路接在第二固支梁开关N型MESFET(19)和第三固支梁开关N型MESFET(20)的漏极(12)之间，第二固支梁开关N型MESFET(19)和第三固支梁开关N型MESFET(20)与第一固支梁开关N型MESFET(1)这三个固支梁开关N型MESFET区别仅在于它们的固支梁开关(6)的形状不同，第一固支梁开关N型MESFET(1)的固支梁开关(6)为宽梁，第二固支梁开关N型MESFET(19)和第三固支梁开关N型MESFET(20)的固支梁开关(6)为窄梁。
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