氮化鎵基低漏電流懸臂梁開關乙類推挽功率放大器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明提出了GaN(氮化鎵）基低漏電流懸臂梁開關MESFET(金屬-半導體場效 應晶體管）乙類推挽功率放大器，屬于微電子機械系統(tǒng)的技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著電子技術的發(fā)展，人們在某些電子系統(tǒng)中需要輸出較大的功率，例如在家用 音響系統(tǒng)往往需要把聲頻信號的功率提高到幾瓦到幾十瓦。在一般的多級放大電路中，除 了有電壓放大電路，也需要一個向負載提供功率的放大電路。功率放大電路分為甲類，乙類 等。甲類放大電路中，電源持續(xù)不斷的給負載輸送功率，信號越大，輸送給負載的功率越多， 即使在理想狀態(tài)下，甲類功放的效率最高也只能達到50%，其中靜態(tài)電流是造成甲類功放 效率不高的主要因素。而乙類功率放大器把靜態(tài)工作點向下移動，使信號等于零時電源輸 出功率也等于零，這樣電源供給功率以及管耗都隨著輸出功率的大小而變，提高了效率。隨 著集成電路的發(fā)展，芯片的規(guī)模變得很大，人們對于芯片的功耗越來越重視。太高的功耗會 對芯片的散熱材料提出更高的要求，還會使芯片的性能受到影響。所以，對于功率放大器的 低功耗的設計在集成電路的設計中顯得越來越重要。
[0003] 傳統(tǒng)MESFET在工作態(tài)時柵極與襯底之間具有較大的柵極漏電流，本發(fā)明即是基 于GaN工藝設計了一種具有極低的漏電流的GaN基懸臂梁開關MESFET乙類推挽功率放大 器，可以有效地降低乙類推挽功率放大器中晶體管的柵極漏電流，降低乙類推挽功率放大 器的功耗。

【發(fā)明內容】

[0004] 技術問題：本發(fā)明的目的是提供氮化鎵基低漏電流懸臂梁開關乙類推挽功率放 大器，可以使柵極漏電流得到有效的降低，同時該乙類功率放大器輸出端LC回路并聯了具 有負阻特性的交叉耦合的懸臂梁開關MESFET對管，能夠補償LC回路中電感的寄生電阻，從 而提高本發(fā)明的乙類推挽功率放大器輸出端LC回路的品質因素。
[0005] 技術方案：本發(fā)明的一種氮化鎵基低漏電流懸臂梁開關MESFET乙類推挽功率放 大器由第一懸臂梁開關N型MESFET，第二懸臂梁開關N型MESFET，第三懸臂梁開關N型 MESFET和懸臂梁開關P型MESFET，恒流源，LC回路構成，該功率放大器使用的第一懸臂梁開 關N型MESFET,第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET基于GaN襯底， 其輸入引線是利用金制作，源極和漏極由金屬和重摻雜N區(qū)形成歐姆接觸構成，柵極由鈦/ 鉑/金合金和N型有源層形成肖特基接觸構成，在懸臂梁開關N型MESFET的柵極上方懸浮 著懸臂梁開關，交流信號加載在懸臂梁開關上，該懸臂梁開關由鈦/金/鈦制作，懸臂梁開 關兩個錨區(qū)制作在半絕緣GaN襯底上，在懸臂梁開關與襯底之間存在下拉電極，下拉電極 由氮化硅材料覆蓋，第二懸臂梁開關N型MESFET、第三懸臂梁開關N型MESFET的下拉電極 接地，第一懸臂梁開關N型MESFET的下拉電極通過高頻扼流圈接電源-V2,第一懸臂梁開關 N型MESFET的漏極通過引線和高頻扼流圈接到電源+V1上；該功率放大器使用的懸臂梁開 關P型MESFET基于GaN襯底，其輸入引線是利用金制作，源極和漏極由金屬和重摻雜P區(qū) 形成歐姆接觸構成，柵極由金屬鈦/鉑/金合金和P型有源層形成肖特基接觸構成，在懸臂 梁開關P型MESFET(2)的柵極上方懸浮著懸臂梁開關，交流信號加載在懸臂梁開關上，該懸 臂梁開關由鈦/金/鈦制作，懸臂梁開關兩個錨區(qū)制作在半絕緣GaN襯底上，在懸臂梁開關 與襯底之間存在下拉電極，下拉電極由氮化硅材料覆蓋，懸臂梁開關P型MESFET的下拉電 極通過高頻扼流圈接電源+V2,懸臂梁開關P型MESFET的漏極通過引線和高頻扼流圈接電 源-VI上，第一懸臂梁開關N型MESFET和懸臂梁開關P型MESFE的懸臂梁開關通過錨區(qū)、 引線連在一起作為該乙類推挽式功率放大器的輸入端vi，第一懸臂梁開關N型MESFET的源 極和懸臂梁開關P型MESFET的源極接在一起作為輸出端vo,輸出端通過一個隔直流電容與 LC回路和交叉耦合的第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET相連，第 二懸臂梁開關N型MESFET的漏極通過引線和第三懸臂梁開關N型MESFET的懸臂梁開關接 到一起并通過高頻扼流圈與電源+V3相連，第三懸臂梁開關N型MESFET的漏極通過引線和 第二懸臂梁開關N型MESFET的懸臂梁開關接到一起并通過高頻扼流圈與電源+V3相連，第 二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET形成交叉耦合結構，第二懸臂梁 開關NMESFET的源極和第三懸臂梁開關N型MESFET的源極連在一起并與恒流源相連，恒流 源的另一端接地，LC回路接在第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET 的漏極之間，懸臂梁開關N型MESFET的懸臂梁開關為寬梁，第二懸臂梁開關N型MESFET和 第三懸臂梁開關N型MESFET的懸臂梁開關為窄梁。
[0006]懸臂梁開關MESFET基于GaN襯底，設計第一懸臂梁開關N型MESFET和懸臂 梁開關P型MESFET的閾值電壓VT的絕對值相等并且|VT|〈 |VA|，同時設計第 一懸臂梁開關N型MESFET和懸臂梁開關P型MESFET的懸臂梁下拉電壓的絕對值為 Vpullin，|VA-V2 | <Vpullin〈 |VA+V2 |，其中，VA是vi的幅值，由于懸臂梁開關N型 MESFET的下拉電壓比第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET大，設計 第一懸臂梁開關N型MESFET的懸臂梁開關為寬梁，第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸 臂梁開關N型MESFET的懸臂梁開關為窄梁，該乙類推挽功率放大器工作時，將交流信號通 過錨區(qū)加載到第一懸臂梁開關N型MESFET和懸臂梁開關P型MESFET的懸臂梁開關之間， 當輸入信號處于正半周期時，第一懸臂梁開關N型MESFET的懸臂梁與其下拉電極板之間電 壓為|VA+V2 |，大于第一懸臂梁開關N型MESFET的懸臂梁下拉電壓為Vpullin，因此，第 一懸臂梁開關N型MESFET的懸臂梁下拉與第一懸臂梁開關N型MESFET的柵極貼緊，此時 加載在柵極上的電壓VA大于閾值電壓VT，第一懸臂梁N型MESFET導通，而懸臂梁開關P型 MESFET的懸臂梁與其下拉電極板之間電壓為|VA-V2 |，小于懸臂梁下拉電壓為Vpullin， 因此懸臂梁開關P型MESFET的懸臂梁開關是懸浮在柵極上方，因此懸臂梁開關P型MESFET 關斷，當輸入信號處于負半周期時情況則相反，這樣就使該乙類推挽功率放大器中的第一 懸臂梁開關N型MESFET和懸臂梁開關P型MESFET隨著輸入信號的變化處于交替導通與關 斷，第一懸臂梁開關N型MESFET和懸臂梁開關P型MESFET的關斷意味著其懸臂梁開關處 于懸浮狀態(tài)，沒有柵極漏電流；該乙類功率放大器輸出端接LC回路和交叉耦合的第二懸臂 梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET，其中，第二懸臂梁開關N型MESFET和 第三懸臂梁開關N型MESFET的閾值電壓VT相等，且與它的懸臂梁下拉電壓Vpullin相等； 當第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET的懸臂梁開關與下拉電極 板間的電壓大于閾值電壓VT的絕對值，懸臂梁開關被下拉到柵極上，懸臂梁開關與柵極短 接，同時柵極與源極間的電壓也大于閾值電壓VT，第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂 梁開關N型MESFET導通；當第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET的 懸臂梁開關和下拉電極板之間的電壓小于閾值電壓VT，懸臂梁開關是懸浮在柵極上方，處 于截止，該第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET在穩(wěn)定工作時，兩個 第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET交替導通與關斷，當第二懸臂 梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N型MESFET關斷時，懸臂梁處于懸浮狀態(tài)，也就沒有 柵極漏電流，從而降低了電路的功耗，該第二懸臂梁開關N型MESFET和第三懸臂梁開關N 型MESFET能夠提供負阻給LC回路，從而補償LC回路中電感的寄生電阻，從而提高該乙類 推挽功放輸出端LC回路的品質因素，并且GaN基的MESFET具