TWI765963B - 具有保護回授電路之高功率放大器電路 - Google Patents

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Abstract

本發明係描述一種用於提供一具有至少100W、較佳的是具有至少200W、以及最佳的是具有至少250W的輸出之放大器電路，其係包括一場效電晶體(111、113)。該場效電晶體(111、113)的一汲極係和一保護回授電路(400)連接。該保護回授電路(400)係被配置以在介於該場效電晶體(111、113)的該閘極與一汲極之間的電壓超出一回授臨界電壓(355)時，降低在該場效電晶體(111、113)的該汲極的一過電壓的能量。本發明係進一步描述一種包括一放大器電路之射頻放大器、一種包括該射頻放大器之電性射頻產生器、以及一種包括一電性射頻產生器之電漿處理系統。本發明最後係描述一種保護在一放大器電路中的一場效電晶體(111、113)之方法。

Description

具有保護回授電路之高功率放大器電路
本發明係有關於一種包括一保護回授電路之放大器電路，該保護回授電路係被配置以保護一例如像是金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)的場效電晶體(FET)不會受到破壞性的崩潰。本發明係進一步有關於一種包括此種放大器電路之射頻放大器配置、一種包括該射頻放大器配置之電性射頻產生器、以及一種包括該電性射頻產生器之電漿處理系統。本發明最後係有關於一種保護一場效電晶體之方法。
尤其是MOSFET的FET係有著一些失效的機制。若介於閘極與源極之間的電壓是過高的，則閘極的隔離層可能會被毀壞。另一失效機制可能是FET的過熱，此例如可能是由負載的阻抗不匹配所引起的。再者，若介於汲極與源極之間的電壓變得過高的話，則汲極源極崩潰可能會發生。該汲極源極崩潰可被描述特徵為擊穿(punch through)、累增崩潰(avalanche breakdown)或是轉折崩潰(snap back)。每一種係描述不同的汲極源極崩潰機制，其中尤其在高功率及高頻應用中識別是哪一種機制毀壞FET係困難的。
本發明之一目的是用以提供一種更強健的放大器電路。本發明係 藉由獨立項申請專利範圍來加以界定。附屬項申請專利範圍係界定有利的實施例。
根據一第一特點，一種用於提供一具有至少100W、較佳的是具有至少200W、以及最佳的是具有至少250W的輸出之放大器電路係被提出。該放大器電路係包括一場效電晶體(FET)。該FET的一汲極係和一保護回授電路連接。該保護回授電路係被配置以在介於該FET的該閘極與一汲極之間的電壓超出一回授臨界電壓時，則降低在該FET的該汲極的一過電壓的能量。
一種用於高頻的應用(標稱操作頻率介於1MHz到100MHz之間，尤其是介於5MHz到85MHz之間)之放大器或放大器配置例如是在電漿處理應用(例如利用電漿室)中必須承受負載阻抗的變化。甚至該負載阻抗的短暫的不匹配(在電漿中的電弧放電)都可能造成功率的反射，使得在該放大器所包含的FET的汲極的波峰電壓可能是供應電壓的許多倍。一種放大器電路可包括高強韌度的FET，其係被配置以藉由轉換該過電壓的能量的一部分成為熱來承受例如是此種過電壓。儘管有該些FET的此特點，但仍然有在一習知的放大器電路中的高強韌度FET中的一或多個係被毀壞的罕見情況。詳細的實驗調查已經顯示例如在一電漿中的一電弧放電期間，被儲存在一匹配網路中的能量係被反射回到該放大器電路(或更明確的是一包括該放大器電路的高頻的產生器)。若反射及入射的電壓波的相位同調疊加(在該汲極的過電壓)，則在該汲極的能量係變得過高，因而一或多個FET係在一些高頻的週期內被毀壞。一種直接的解決方案將會是該些FET被具有較高的汲極電壓等級的FET(若可供利用的話)所取代、或是藉由結合更多的具有較低輸出功率的放大器。此解決方案係昂貴而且佔空間的。
該保護回授電路係和該汲極電連接，並且致能過電壓的能量的至少一部分在一非常短的時間期間內的耗散。該保護回授電路較佳的是被配置以在小於三個或甚至是兩個高頻的週期內降低過電壓的能量。
該保護回授電路較佳的可以是電連接該FET的該汲極與該FET的一閘極。介於汲極與源極之間的過電壓係重要的，並且可能會造成該FET的毀壞。介於源極與閘極之間的電壓在一介於汲極與源極之間的過電壓的情形中是在0伏特左右。介於該閘極與該汲極之間的電壓係因此與介於汲極與閘極之間的電壓實質相同的。介於汲極與閘極之間的電壓因此可被用來控制該保護回授電路。介於該FET的汲極與閘極之間藉由該保護回授電路的電連接係致能該FET的可控制的導電度的使用，以降低在該汲極的過電壓的能量。
該保護回授電路例如可以是被配置以在該FET中建立一導電路徑，使得在該汲極的過電壓的能量的至少一部分係藉由該導電路徑而被耗散。在該汲極的過電壓在此例中係被使用來在該FET通常是閉路的一時點部份地開路該FET。該FET的開路係提供一受控的導電路徑，以降低在該汲極的過電壓的能量。過電壓的能量的一部分在此配置中係被耗散在該FET中，而不毀壞該FET。該能量的其餘部分(一有限的量)可以用本體二極體的累增崩潰的形式來加以耗散，而不造成轉折崩潰並且毀壞該高強韌度的FET。
該保護回授電路可被配置以在介於該閘極與該汲極之間的電壓超出該回授臨界電壓之後，將該場效電晶體的一閘極電壓增高到超過一閘極臨界電壓。該保護回授電路實質上並未干擾該放大器電路的正常的操作。該FET的該汲極源極路徑藉由增高該閘極電壓到超過該閘極臨界電壓的開路應該實質被限制到其中該FET可能會被毀壞的過電壓的情況。
該保護回授電路可被配置以降低該FET的一累增崩潰的一能量。尤其是功率MOSFET的高強韌度的FET係被建構或配置以承受一累增崩潰，只要在該累增崩潰期間被耗散在該FET中的熱能並不破壞該FET，並且該累增能量並未高到足以開路寄生的BJT(轉折崩潰)即可。用以避免一或多個FET的累增崩潰的代價可能是高的。因此，容許該放大器電路的FET的累增崩潰、但是藉由 該保護回授電路來限制該累增崩潰的能量可能是較佳的。因此，可以有一低於該回授臨界電壓的電壓範圍，其中累增崩潰係在該些保護電路並不降低在該汲極的過電壓的能量之下發生。若介於汲極與閘極(或是以上內容可見的汲極與源極)之間的電壓超出該回授臨界電壓，則該保護電路係在該累增崩潰發生之後降低該能量。
該保護回授電路可包括一電壓參考。該電壓參考係被配置以在介於該場效電晶體的汲極與源極之間的電壓超出該回授臨界電壓時，開路一電流路徑。該電壓參考係決定在該汲極的過電壓的能量藉由該保護回授電路而被降低所在的回授臨界電壓。該電壓參考例如可以決定在該FET的該閘極的電壓何時被增高以便於開路該FET的該導電路徑，以用於耗散過電壓的能量的至少一部分。
該電壓參考例如可以包括至少一被配置在該場效電晶體的該汲極與該閘極之間的累崩二極體。該至少一累崩二極體係被配置以開路該電流路徑。累崩二極體是便宜的。該保護回授電路因此可以用一簡單而且尤其是經濟上有效率的方式來加以實現。該保護回授電路例如可以包括具有一串聯配置的兩個、三個、四個或是更多個累崩二極體。替代的電壓參照可以是選配地結合其它像是電阻器的被動電路元件的任意種類的適當的電晶體(例如，雙載子電晶體或是FET)或是積體電路，以便於決定或定義該回授臨界電壓。
該保護回授電路可包括一被配置在該場效電晶體的該汲極與該閘極之間的電容。一或多個累崩二極體或是其它電壓參照係與該電容並聯來加以配置。該電容可被配置以提供用於降低在該汲極的過電壓的能量的主要電流路徑。該電容尤其可被配置以增高在該閘極的電壓，以便於開路該導電路徑以用於耗散過電壓的能量的至少一部分。
該保護回授電路可包括一被配置在該電容與該汲極之間的開關 二極體。該電容值應該被調整以提供一繞過該電壓參考(例如是累崩二極體)的RF短路。該開關二極體係被配置以充電該電容至一介於汲極與閘極之間的波峰電壓。該開關二極體例如可以是一快速蕭特基二極體。一旦介於汲極與閘極之間的一電壓超出在該電容的電壓以及該開關二極體的一臨界電壓的總和後，該開關二極體係開路。該開關二極體的臨界電壓可以是小的，並且因此是可忽略的。該開關二極體係在該電容的充電期間開路橫跨該電容的電流路徑短暫的時間期間。由於經由該電容所提供的回授，該FET可以在這些短暫的時間期間短暫地開路。該FET的開路係非所要的，但是因為該些時間期間的短暫性而不會構成傷害。該FET係在該汲極電壓的穩態中再次閉路。介於汲極與閘極之間的電壓在正常的操作期間係等於或低於在該電容器上的電壓。該開關二極體在正常的操作期間因此是閉路的。一旦介於汲極與閘極之間的電壓超出該回授臨界電壓後，一導電的橋(例如是透過該一或多個累崩二極體或是其它種類的電壓參考)係被開路，使得在該電容的電壓的進一步的上升係加以避免。在任何當介於汲極與閘極之間的電壓係上升到超過該回授臨界電壓的情形中，該開關二極體係開路一透過該電容至閘極的電流路徑，並且開路該FET。該FET係提供該導電路徑以用於耗散在該汲極的過電壓的能量的至少一部分。
該保護回授電路可包括一或多個被配置在電壓參考(例如，至少一累崩二極體)與該場效電晶體的閘極之間的電阻器(阻尼電阻器)。該電阻器係被配置以穩定化該保護回授電路。不阻尼該放大器電路的場效電晶體可能會由於該(閒置的)保護回授的寄生的電容而振盪在高頻、或是由於當該保護回授係導通時的非常強的回授而振盪在低頻。該放大器電路在如上所述的正常的操作期間不應該被該保護回授電路所干擾。該一或多個電阻器在某些實施例中因此可以(依據FET以及其它構件)被配置以調整一回授阻抗，以便於避免電晶體的振盪。
該放大器電路可包括以一推挽式配置來加以配置的兩個場效電晶體。該些場效電晶體的每一個係藉由一如上所述的個別的保護回授電路來加以保護。該放大器電路可以替代地包括三個、四個或是更多個藉由該保護回授電路來加以保護的電晶體。
根據一第二特點，一種射頻放大器配置係被提出。該放大器配置係包括如上所述的一放大器電路。該放大器配置的特徵是在於一介於1MHz到100MHz之間，更佳的是介於5MHz到85MHz之間的標稱操作頻率。該射頻放大器配置可包括一輸入網路，以用於匹配該信號源的一阻抗至該一或多個FET的閘極的阻抗。該射頻放大器可以進一步包括一輸出匹配網路，其係被配置以匹配一負載的一阻抗至該放大器電路的該一或多個FET。
該射頻放大配置較佳的可以是包括一具有一推挽式配置的放大器電路。
根據一第三特點，一種用於供應電性射頻(RF)功率至一尤其是電漿的負載之電性射頻產生器係被提出。該電性RF產生器係包括如上所述的一射頻放大器配置。
該電性RF產生器可以進一步包括一控制電路。該控制電路係包括至少一處理裝置、至少一記憶體裝置、至少一功率量測裝置、以及至少一頻率產生器。該控制電路可以適配於在一脈衝的模式或是一連續的模式中將該射頻放大器配置驅動。
根據本發明的一第四特點，一種電漿處理系統係被提出。該電漿處理系統係包括該電性射頻產生器，其係包括如上所述的一輸出匹配網路、以及一電漿室。該電漿係在該電漿室中被產生，該電漿室係包括用於提供例如是處理氣體的化學成分的供應裝置，其中該電漿室係致能或是被配置以提供物理邊界條件，以致能一穩定的電漿製程。
根據一第五特點，一種保護在一放大器電路中的一場效電晶體之方法係被提出，該放大器電路係用於提供一具有至少100W、較佳的是具有至少200W、以及最佳的是具有至少250W的輸出。該方法係包括以下步驟：-提供一回授臨界電壓，-若一介於該場效電晶體的一閘極與一汲極之間的電壓超出該回授臨界電壓，則降低在該場效電晶體的該汲極的一能量。
應該理解的是申請專利範圍第15項之方法以及申請專利範圍第1項之放大器電路係具有類似及/或相同的實施例，尤其是如同在附屬項申請專利範圍中所界定者。
應該理解的是本發明的一較佳實施例亦可以是附屬項申請專利範圍以及個別的獨立項申請專利範圍的任意組合。
進一步有利的實施例係在以下加以界定。
102‧‧‧信號源
104‧‧‧閘極偏壓電壓源
106‧‧‧輸入網路
111、113‧‧‧場效電晶體
112、114‧‧‧穩定化的回授電路
124‧‧‧DC電源供應器
126‧‧‧輸出網路
130‧‧‧負載
200‧‧‧LDMOS(橫向擴散的金屬氧化物半導體)場效電晶體的簡化的橫截面
202‧‧‧源極接點
204‧‧‧閘極接點
206‧‧‧汲極接點
212‧‧‧P+沉降區
214‧‧‧P+基板
216‧‧‧P磊晶
218‧‧‧N漂移區域
220‧‧‧N+區域
222‧‧‧P基底
231‧‧‧寄生電阻
233‧‧‧寄生電容
235‧‧‧寄生的雙載子接面電晶體
237‧‧‧寄生的本體二極體
301‧‧‧時間
302‧‧‧汲極源極崩潰電壓
303‧‧‧汲極源極電壓
304‧‧‧在毀滅性的崩潰期間的汲極源極電壓
305‧‧‧閘極源極電壓
306‧‧‧在毀滅性的崩潰期間的閘極源極電壓
322‧‧‧閘極臨界電壓
325‧‧‧閘極被拉高到高於閘極臨界電壓
355‧‧‧回授臨界電壓
356‧‧‧汲極電壓超出該回授臨界電壓
360‧‧‧汲極-源極的波峰電壓(正常的操作)
400‧‧‧保護回授電路
401‧‧‧電阻器
403‧‧‧電容
405‧‧‧電壓參考
407‧‧‧開關二極體
425‧‧‧電壓參考場效電晶體
421‧‧‧第一參考電阻器
422‧‧‧第二參考電阻器
435‧‧‧電壓參考雙載子電晶體
431‧‧‧第三參考電阻器
432‧‧‧第四參考電阻器
本發明的這些特點以及其它特點從以下敘述的實施例來看將會是明顯的，並且參考在以下敘述的實施例來加以說明。
本發明現在將會例如根據參考所附的圖式的實施例來加以描述。
在圖式中：圖1係展示一包括一習知的推挽式射頻放大器的電路的主要的略圖；圖2係展示一具有寄生的元件的橫向擴散的金屬氧化物半導體(LDMOS)場效電晶體的主要的略圖；圖3係展示在一場效電晶體的毀滅性的崩潰期間的一量測到的汲極源極電壓； 圖4係展示在該場效電晶體的毀滅性的崩潰期間的一量測到的閘極源極電壓；圖5係展示一包括一保護回授電路之放大器電路的一第一實施例；圖6係展示該保護回授電路的保護效果；圖7係展示一包括一保護回授電路之放大器電路的一第二實施例；圖8係展示該電壓參考的一替代實施例；圖9係展示該電壓參考的另一替代實施例；在該圖式中，相同的元件符號係指通篇相似的物件。在該圖式中的物件並不一定按照比例繪製。在圖式中，除非另有明確地敘述，否則頻率係以MHz來加以表示，阻抗的大小係以歐姆來加以表示，並且阻抗的相位係以角度的度來加以表示。
本發明的各種實施例現在將會藉由該些圖式來加以描述。
圖1係展示包括一習知的推挽式射頻放大器的電路的主要略圖。一被動輸入網路106係匹配一信號源102的一阻抗以及場效電晶體(FET)111、113的閘極的一阻抗。該輸入網路106係穩定化該放大器電路，因而通常包括電阻器。該輸入網路106因此可能是有損失的。一閘極偏壓電壓係藉由一閘極偏壓電壓源104，經由該輸入網路106來加以提供，以便於控制該些FET 111、113的偏壓電流。用一種推挽式配置來加以配置的該些FET 111、113的汲極係和一通常為被動的輸出網路126連接，該輸出網路126係匹配一負載130的一阻抗(例如，一電漿室在操作期間的阻抗)以及該些FET 111、113的一輸出阻抗。該些FET 111、113的每一個在此實施例中係包括一選配的穩定化的回授電路112、114。該些選配的穩定化的回授電路112、114係降低該些FET 111、113的放大，以便於避免該些 FET 111、113的非所要的振盪。穩定化的回授電路112、114通常包括如同在圖1中所示的電阻器以及電容器。
圖2係展示一橫向擴散的金屬氧化物半導體(LDMOS)場效電晶體200的一橫截面的簡化的略圖。該LDMOS 200係包括一在底部的源極接點202以及一被配置在該源極接點202之上的P+基板214。一P+沉降區(sinker)212係被設置在該P+基板214之上的左側。一P磊晶層216係設置在該P+基板214之上的右側上。一N漂移區域218係被配置在該P磊晶層216之上的右側上。該N漂移區域218係在一汲極接點206之下，在該橫截面中封入一N+區域。一P基底222係被配置在該P磊晶層216、該N漂移區域218以及該P+沉降區212之間。該P基底222以及該P+沉降區212係封入一N+區域220。該P基底222以及該N漂移區域218的一部分係被配置在一隔離層之下，該隔離層係被設置在該LDMOS 200的半導體層與一閘極接點204之間。
在一閉路的FET的情形中，若介於汲極接點206與源極接點202之間的電壓超出可容許的值，則有三個不同的崩潰機制。在一擊穿的情形中，在該汲極的空乏區域係隨著增高介於汲極接點206與源極接點202之間的電壓而增大。一旦在該汲極的空乏區域到達在該源極的一空乏區域後，一電流IDS係流動在該汲極接點206以及該源極接點202之間。即使介於閘極與源極之間的電壓VGS低於該臨界電壓Vth，此亦可能會發生。此擊穿崩潰是可逆的，只要該FET並未由於熱過載而受損即可。
第二種情形是該FET的寄生的本體二極體237的累增崩潰。該累增崩潰係發生在電場是最高的地方(該N漂移區域218彎曲之處)。該累增崩潰是可逆的，只要該FET並未由於熱過載而受損、或是並未產生足夠的電荷載子來開路該寄生的BJT(轉折崩潰)即可。
在一轉折崩潰或是閂鎖效應的情形中，一寄生的雙載子電晶體 235係被導通。該寄生的雙載子電晶體235在正常的操作期間係關斷的。圖2係展示對應的寄生電容233以及寄生電阻231，其係和該寄生的雙載子電晶體235的基極連接。若在該汲極的電壓係快速的上升(dV/dt)、或是由於該寄生的本體二極體237的累增崩潰所產生的電荷載子，則該寄生的雙載子電晶體235可以因為該寄生電容233(寄生的汲極-閘極的電容)而切換導通。在該寄生的雙載子電晶體235的切換導通之後，藉由該閘極接點204來控制該FET是不可能的。若沒有外部的構件來限制該汲極電流，則該FET(或是其結構的部分)係極其快速地被毀壞。射頻功率放大器通常並不包括此種外部的構件。
實驗調查已經顯示此種毀滅性的轉折崩潰可能會發生在射頻應用中，例如是在一電弧放電的情形中的一電漿室的操作。該轉折崩潰係在一非常短的時間期間內毀壞該放大器電路。該些實驗調查的結果係相關圖3及圖4來加以論述。
圖3係展示在一被用來驅動電漿室的放大器電路中的一FET的毀滅性的崩潰期間的一量測到的汲極源極電壓304。該橫坐標係展示時間301，並且該縱坐標係展示該汲極源極電壓303。該時間週期係由該電漿室的驅動頻率(在此例中是13.56MHz)來加以決定。介於汲極與源極之間的電壓304係在一些RF週期之後超出一崩潰電壓302，使得累增崩潰發生。該高的累增能量係造成該寄生的雙載子電晶體(在圖2中的元件符號235)的一轉折崩潰，並且該FET係在幾個RF週期之後毀壞。該毀壞係藉由介於閘極與源極之間的電壓306的量測(被呈現在圖4中)而被確認。該橫坐標同樣是展示該時間301，並且該縱坐標是介於閘極與源極之間的電壓305。該閘極源極電壓306係與在圖3中的汲極源極電壓304驟降同時突然地上升。該閘極源極電壓306的此突然的上升以及RF振幅的縮減最可能是由其中發生該轉折崩潰的FET所引起的，其係被毀壞而使得在閘極與汲極之間有一低的阻抗。反射的功率的平行量測(未顯示)係展示該汲極電壓超出該崩潰電壓 所在的時間期間係與一在該負載阻抗以及該放大器電路之間的阻抗不匹配發生(高的反射的功率)所在的時點重合。該阻抗不匹配最可能是由在該電漿室之內的一電弧放電(負載阻抗的突然的改變)所引起的。該反射的功率係造成介於該汲極與該源極之間的過電壓、以及該放大器電路的至少一FET的最終的毀壞。該FET的毀壞係在幾個RF週期內發生，並且因此是非常快速的。
圖5係展示一種放大器電路的一第一實施例，其係包括一保護回授電路400。該放大器電路係包括一FET 111。一如同相關圖1所論述的穩定化的回授電路112係與該保護回授電路400並聯地加以設置。該保護回授電路400係包括一開關二極體407、一電容403、一被配置為累崩二極體的電壓參考405、以及一電阻器401。該開關二極體407是一蕭特基二極體，其係以一與該電容403(在此實施例中是10nF的電容)以及該電阻器401(在此實施例中是68歐姆的電阻)的串聯配置來加以配置。該累崩二極體係並聯該電容403且相對於FET 111的汲極而被反向偏壓來加以配置。該蕭特基二極體係相對於該汲極而被順向偏壓，並且充電該電容403至一在該FET 111的汲極與閘極之間的波峰電壓。一旦介於汲極與閘極之間的一電壓超出在該電容403的電壓以及該蕭特基二極體的一臨界電壓的總和後，該蕭特基二極體係開路。該蕭特基二極體的臨界電壓是小的，並且因此可被忽略。該蕭特基二極體係在該電容403的充電期間開路橫跨該電容403的電流路徑短暫的時間期間。由於經由該電容403所提供的回授，該FET 111係在這些短暫的時間期間短暫地開路。該FET 111的開路係非所要的，但是因為該些時間期間是短暫的而不會構成傷害。該FET 111係在該汲極電壓的穩態中再次被閉路。介於汲極與閘極之間的電壓在正常的操作期間係等於或低於在該電容器上的電壓。該蕭特基二極體在正常的操作期間因此是閉路的，因而在這些時間期間沒有該FET 111的導電路徑是開路的。該電壓係藉由該回授臨界電壓來加以限制，該回授臨界電壓係藉由該累崩二極體的崩潰電壓來加以決定。一旦 介於FET 111的汲極與閘極之間(或是介於汲極與源極之間，因為介於源極與閘極之間的電位差是可忽略的)的電壓超出該回授臨界電壓後，一導電的橋係藉由該累崩二極體而被開路，使得在該電容403的電壓的進一步的上升係被避免。在此例中，該蕭特基二極體係開路橫跨該電容403的主要電流路徑，使得在該閘極的電壓上升，並且該FET 111係被開路。該FET係提供該導電路徑以用於耗散在該汲極的過電壓的能量的至少部分。該保護回授電路所包含的電路構件(電阻、電容、以及二極體的特徵等等)的類型係依據該放大器電路而定，並且尤其是依據該FET而定。該些電路構件的特徵的細微的調諧係必須藉由實驗來加以執行。
圖6係展示相關圖5所論述的保護回授電路的保護效果。圖6係被區分成九個RF週期。該第一、第二及第三時間週期係顯示該放大器電路的正常的操作。只要該FET應該是閉路的，則介於閘極與源極之間的電壓305係低於一閘極臨界電壓322。該汲極源極電壓303在這三個週期期間係低於或等於該回授臨界電壓355。該回授臨界電壓355係稍微高於該汲極源極波峰電壓360。該汲極源極電壓303係在該第四個RF週期中超出該回授臨界電壓355。該保護回授電路係同時提供一閘極源極電壓305，使得該閘極係被拉到高於該閘極臨界電壓325。該FET在此時點係被開路，並且在該汲極的過電壓的能量係經由藉著該閘極源極電壓305所開路的其導電路徑而被耗散，該閘極源極電壓305係在該閘極或更明確的說是該FET通常是閉路的一時間期間被拉到高於該閘極臨界電壓325。在該汲極的過電壓的能量的耗散係避免該FET的毀壞，直到介於汲極與源極之間的電壓303係低於該回授臨界電壓355為止。該FET係再次閉路，並且該放大器電路係以如同於RF週期7、8以及尤其9中所示的正常的操作模式來操作。
圖7係展示一種放大器電路的一第二實施例，其係包括一保護回授電路400。該放大器電路係包括具有如同相關圖1所敘述的一推挽式配置的兩個FET 111、113。每一個FET 111、113係藉由如同相關圖5所論述的一個別的保 護回授電路400來加以保護。
圖8係展示一電壓參考405的一替代實施例。一替代的電壓參考可包括結合一第一參考電阻器421以及一第二參考電阻器422的一電壓參考場效電晶體425，該第一參考電阻器421以及該第二參考電阻器422係被配置為一相關該電壓參考場效電晶體425的閘極的分壓器。該第一參考電阻器421以及該第二參考電阻器422的電阻係被配置以決定該回授臨界電壓。該回授臨界電壓在此實施例中係藉由該保護場效電晶體425的臨界電壓乘上該第一及第二參考電阻器421、422的電阻的總和除以該第二參考電阻器422的電阻來加以給出的。
圖9係展示該電壓參考的另一替代實施例。一替代的電壓參考可包括結合一第三參考電阻器431以及一第四參考電阻器432的一電壓參考雙載子電晶體435，該第三參考電阻器431以及該第四參考電阻器432係被配置為一相關該電壓參考雙載子電晶體435的基極的分壓器。該第三參考電阻器431以及該第四參考電阻器432的電阻係被配置以決定該回授臨界電壓。該回授臨界電壓在此實施例中係藉由該保護雙載子電晶體435的順向電壓乘上該第三及第四參考電阻器431、432的電阻的總和除以該第四參考電阻器432的電阻來加以給出的。
儘管本發明已經在圖式以及先前的說明中被詳細地描繪及敘述，但是此種繪圖及說明係欲被視為舉例說明或是範例的，而非限制性的。
從閱讀本揭露內容後，其它的修改對於熟習此項技術者而言將會是明顯的。此種修改可能會牽涉到此項技術中已經是已知的其它特點，並且該些特點可被使用來取代已經在此敘述的特點、或是額外地被使用。
對於所揭露的實施例的變化可被熟習此項技術者從該圖式、本揭露內容以及所附的申請專利範圍的研讀來加以理解及達成。在申請專利範圍中，該字詞"包括"並不排除其它的元件或步驟，並且該不定冠詞"一"或是"一個"並不排除複數個元件或步驟。事實單純是某些手段係被闡述在相互不同的附屬 項申請專利範圍中，其並非指出無法有利地利用這些手段的一組合。
在該申請專利範圍中的任何的元件符號都不應該被解釋為限制其之範疇的。
111、113‧‧‧場效電晶體
400‧‧‧保護回授電路

Claims (14)

  1. 一種放大器電路，其係用於提供一具有至少100W、較佳的是具有至少200W、以及最佳的是具有至少250W的輸出，其係包括一場效電晶體(111、113)，其中該場效電晶體(111、113)的一汲極係和一保護回授電路(400)連接，其中該保護回授電路(400)係被配置以在介於該場效電晶體(111、113)的一閘極與該汲極之間的電壓超出一回授臨界電壓(355)時，降低在該場效電晶體(111、113)的該汲極的一過電壓的能量，其中該保護回授電路(400)係包括一被配置在該場效電晶體(111、113)的該汲極與該閘極之間的電容(403)，其中至少一累崩二極體(405)係與該電容(403)並聯配置，其中該保護回授電路(400)係包括一被配置在該電容(403)與該場效電晶體(111、113)的該汲極之間的開關二極體(407)，且其中該保護回授電路(400)係包括一被配置在該至少一累崩二極體(405)與該場效電晶體(111、113)的該閘極之間的電阻器(401)。
  2. 根據申請專利範圍第1項之放大器電路，其中該場效電晶體(111、113)的該汲極係藉由該保護回授電路(400)以和該場效電晶體(111、113)的該閘極連接。
  3. 根據申請專利範圍第2項之放大器電路，其中該保護回授電路(400)係被配置以在該場效電晶體(111、113)中建立一導電路徑，使得在該汲極的該過電壓的能量的至少一部分係藉由該導電路徑而被耗散。
  4. 根據申請專利範圍第2或3項之放大器電路，其中該保護回授電路(400)係被配置以在介於該汲極與該閘極之間的該電壓超出該回授臨界電壓(355)之後，增高該場效電晶體(111、113)的一閘極電壓到超過一閘極臨界電壓(322)。
  5. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之放大器電路，其中該保護 回授電路(400)係被配置以降低該場效電晶體(111、113)的一累增崩潰的一能量。
  6. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之放大器電路，其中該保護回授電路(400)係包括一電壓參考，其中該電壓參考係被配置以在介於該場效電晶體(111、113)的該汲極與一源極之間的電壓超出該回授臨界電壓(355)時，開路一電流路徑。
  7. 根據申請專利範圍第6項之放大器電路，其中該電壓參考係包括該至少一累崩二極體(405)，且其中該至少一累崩二極體(405)係被配置以開路該電流路徑。
  8. 根據申請專利範圍第7項之放大器電路，其中該開關二極體(407)係被配置以充電該電容(403)至一介於該汲極與該閘極之間的波峰電壓。
  9. 根據申請專利範圍第8項之放大器電路，其中該電阻器(401)係被配置以穩定化該保護回授電路(400)。
  10. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之放大器電路，其中該放大器電路係包括以一推挽式配置來加以配置的兩個場效電晶體(111、113)，並且其中該些場效電晶體(111、113)的每一個係分別藉由一個別的保護回授電路(400)來加以保護。
  11. 一種射頻放大器配置，其係包括根據申請專利範圍第1至10項中任一項的放大器電路、一輸入網路(106)、以及一輸出網路(126)，該射頻放大器配置的特徵在於一介於1MHz到100MHz之間、更佳的是介於5MHz到85MHz之間的標稱操作頻率。
  12. 一種用於供應電性射頻至一負載之電性射頻產生器，該電性射頻產生器係包括根據申請專利範圍第11項之射頻放大器配置。
  13. 一種電漿處理系統，其係包括根據申請專利範圍第12項之電性射頻產生器以及一電漿室。
  14. 一種保護在一放大器電路中的一場效電晶體(111、113)之方法，該放大器電路係用於提供一具有至少100W、較佳的是具有至少200W、以及最佳的是具有至少250W的輸出，該方法係包括以下步驟：提供一回授臨界電壓(355)，若一介於該場效電晶體(111、113)的一閘極與一汲極之間的電壓超出該回授臨界電壓(355)，則藉由一保護回授電路(400)來降低在該場效電晶體(111、113)的該汲極的一能量，其中該保護回授電路(400)係包括一被配置在該場效電晶體(111、113)的該汲極與該閘極之間的電容(403)，其中至少一累崩二極體(405)係與該電容(403)並聯配置，其中該保護回授電路(400)係包括一被配置在該電容(403)與該場效電晶體(111、113)的該汲極之間的開關二極體(407)，且其中該保護回授電路(400)係包括一被配置在該至少一累崩二極體(405)與該場效電晶體(111、113)的該閘極之間的電阻器(401)。
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