CN110993595A - 一种GaN基HEMT管芯 - Google Patents

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李宇超
李飞
杨文琪
曹晓阳
陈悦
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明提供了一种GaN基HEMT管芯，包括：GaN基HEMT单胞，至少两个，所述GaN基HEMT单胞相互并联连接；以及隔离电阻，位于两个所述GaN基HEMT单胞之间，与所述GaN基HEMT单胞电连接。本发明提拱了一种GaN基HEMT管芯。通过在相邻的两GaN基HEMT单胞栅极之间增加隔离电阻，减小由于GaN基HEMT单胞之间的不平衡性导致的管芯自激振荡，提高了GaN基HEMT单胞之间隔离度，从而使得增个功率管管芯可靠性增强。

Description

一种GaN基HEMT管芯
技术领域
本发明涉及GaN HEMT器件结构技术领域，特别是涉及一种GaN基HEMT管芯。
背景技术
GaN(氮化镓)基HEMT(High Electron Mobility Transistors，高电子迁移率晶体管)是本领域技术中公知的一种异质结场效应晶体管，由于其具有禁带宽度大、高击穿电场、高电子饱和速度、热导率高、化学性质稳定、抗辐射等优点，已经被广泛应用在微波功率放大器、高压开关电路中，并且在民用的通信基站、航空航天、汽车电子化、高温辐射环境以及军用的雷达、电子对抗、军用卫星通讯等领域中具有广泛的应用前景。而微波功率放大器作为通信系统中的关键部件之一，在电子对抗、雷达、导航等系统中有着广泛的应用。而内匹配晶体管作为构建微波功率放大器的一种重要元器件，近年来发展速度很快，器件的输出功率和效率迅速提高。
GaN功率管芯都有一定功率密度，当对功率管输出功率要求很高时，只能通过增加功率管管芯栅宽的方式来达到目的。这种大栅宽的功率管管芯是采用多个基础单元胞来合成的，多胞合成大栅宽，从而实现大功率输出。以一个200W GaN功率管为例，如果GaN管芯功率密度为5W/mm，那么理想情况(不考虑匹配损耗)下需要总栅宽40mm以上的管芯。单胞的栅宽为4mm左右，那么总栅宽40mm的管芯需要至少10个胞。而由于材料或工艺的差异，10胞的特性并不会完全相同，根据相关微波知识，不完全相同的合成可能会由于不平衡导致自激振荡，从而降低整个GaN功率管管芯的可靠性。
近年来高功率功率管的发展趋势为进一步提高功率，形成千瓦级甚至更高级别的功率管，如何实现大功率高可靠性功率管，对功率管管芯可靠性提出了更高的要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提拱了一种GaN基HEMT管芯。通过在相邻的两GaN基HEMT单胞栅极之间增加隔离电阻，减小由于GaN基HEMT单胞之间的不平衡性导致的管芯自激振荡，提高了GaN基HEMT单胞之间隔离度，从而使得增个功率管管芯可靠性增强。
为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
一种GaN基HEMT管芯，包括：GaN基HEMT单胞，至少两个，所述GaN基HEMT单胞相互并联连接；以及隔离电阻，位于两个所述GaN基HEMT单胞之间，与所述GaN基HEMT单胞电连接。
进一步，每一所述GaN基HEMT单胞包括源极、漏极以及栅极；每相邻的两个所述GaN基HEMT单胞所述源极相互电连接；每相邻的两个所述GaN基HEMT单胞所述漏极相互电连接；所述隔离电阻一端与一所述GaN基HEMT单胞栅极连接，所述隔离电阻另一端与另一所述GaN基HEMT单胞栅极连接。
进一步，所述隔离电阻为薄膜电阻。
进一步，所述薄膜电阻电阻率为25±1Ω/um2，所述薄膜电阻电阻为5±1Ω。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明提供的一种GaN基HEMT管芯通过在相邻的两GaN基HEMT单胞栅极之间增加隔离电阻，减小由于GaN基HEMT单胞之间的不平衡性导致的管芯自激振荡，提高了GaN基HEMT单胞之间隔离度，从而使得整个功率管GaN基HEMT管芯可靠性增强。采用本发明GaN基HEMT管芯颜值的功率放大器在高增益设计时，可以提高功率放大器的稳定性及延长功率放大器的寿命。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1所示为本发明一实施例的GaN基HEMT管芯两个GaN基HEMT单胞合成原理图；
图2所示为本发明一实施例的GaN基HEMT管芯两个GaN基HEMT单胞合成版图；
图3所示为本发明与现有技术小信号增益对比曲线图；
图4所示为本发明与现有技术输出功率对比曲线图；
图5所示为本发明与现有技术稳定性对比曲线图。
图中附图标记：
1-GaN基HEMT单胞、2-隔离电阻、3-源极、4-漏极、5-栅极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种GaN基HEMT管芯，包括GaN基HEMT单胞1以及隔离电阻2。
所述GaN基HEMT单胞1至少两个，所述GaN基HEMT单胞1相互并联连接。每一所述GaN基HEMT单胞包括源极、漏极以及栅极；每相邻的两个所述GaN基HEMT单胞所述源极相互电连接；每相邻的两个所述GaN基HEMT单胞所述漏极相互电连接；
所述隔离电阻2位于两个所述GaN基HEMT单胞1之间，与所述GaN基HEMT单胞1电连接。所述隔离电阻一端与一所述GaN基HEMT单胞栅极连接，所述隔离电阻另一端与另一所述GaN基HEMT单胞栅极连接。所述隔离电阻2为薄膜电阻。所述薄膜电阻电阻率为25±1Ω/um2，所述薄膜电阻电阻为5±1Ω。
选用总栅宽46mm的GaN基HEMT管芯设计一款工作在0.5GHz-2.0GHz，输出功率200W的功率放大器，所述GaN基HEMT管芯内有20个所述GaN基HEMT单胞1。本发明GaN基HEMT管芯主要性能测试结果与现有技术GaN基HEMT管芯主要性能测试结果数据如下表1、表2、表3所示。测试条件为：漏极电压48V，栅极电压-3V，占空比10％，脉宽100us。
表1.GaN基HEMT管芯小信号增益测试结果
Figure BDA0002309000200000031
表2.GaN基HEMT管芯输出功率测试结果
Figure BDA0002309000200000041
表3.GaN基HEMT管芯稳定性测试结果
Figure BDA0002309000200000042
如图3、图4以及图5所示，本发明的小信号增益与现有技术小信号增益相当，本发明输出功率与现有技术输出功率相当，但本发明稳定性明显比现有技术稳定性提高。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种GaN基HEMT管芯，其特征在于，包括：
GaN基HEMT单胞，至少两个，所述GaN基HEMT单胞相互并联连接；以及
隔离电阻，位于两个所述GaN基HEMT单胞之间，与所述GaN基HEMT单胞电连接。
2.根据权利要求1所述的GaN基HEMT管芯，其特征在于，每一所述GaN基HEMT单胞包括源极、漏极以及栅极；每相邻的两个所述GaN基HEMT单胞所述源极相互电连接；每相邻的两个所述GaN基HEMT单胞所述漏极相互电连接；所述隔离电阻一端与一所述GaN基HEMT单胞栅极连接，所述隔离电阻另一端与另一所述GaN基HEMT单胞栅极连接。
3.根据权利要求1所述的GaN基HEMT管芯，其特征在于，所述隔离电阻为薄膜电阻。
4.根据权利要求3所述的GaN基HEMT管芯，其特征在于，所述薄膜电阻电阻率为25±1Ω/um2，所述薄膜电阻电阻为5±1Ω。
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