调谐的半导体放大器制造技术

描述了用于改进在高频率和/或高功率下工作的集成半导体晶体管的性能的方法和结构。两个电容器可以被连接到半导体晶体管的输入并且被调谐以抑制第二谐波产生并且转换和匹配所述器件的输入阻抗。描述了两个阶段的调谐过程。晶体管可以含有氮化镓并且可以配置为能够处理最高1000W的功率的功率晶体管。调谐的晶体管能够在最高6GHz的频率下以高于60％的峰值漏极效率工作。

【技术实现步骤摘要】
调谐的半导体放大器
本申请涉及高速高功率半导体晶体管和由这种晶体管构造成的放大器。
技术介绍
近年来，氮化镓半导体材料由于其令人满意的电子和光电性能，已经获得了相当的关注。GaN具有约3.4ev的宽的直接带隙，其对应于可见光谱的蓝色波长区域。已经开发出并且能够在市场上买到基于GaN及其合金的发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。这些器件能够发射可见光谱的从紫色到红色区域的可见光。由于其较宽的带隙，GaN比其它半导体(例如硅)更耐雪崩击穿，并且能够在更高的温度下保持电学性能。与硅相比，GaN还具有更高的载流子饱和速度。此外，GaN具有纤锌矿型晶体结构，是非常稳定和坚硬的材料，具有较高的热传导性，并且具有比其它常规半导体(例如硅、锗和砷化镓)更高得多的熔点。因此，GaN对于高速、高电压和高功率的应用而言是有用的。例如，氮化镓材料在用于射频(RF)通信、雷达、RF能量和微波应用的半导体放大器中是有用的。在目前和所提出的通信标准(例如WiMAX、4G、5G)下支持移动通信和无线因特网接入的应用可能对RF功率晶体管有严格的性能要求。这些晶体管可能需要满足与输出功率、信号线性度、信号增益、带宽和效率相关的性能规定。
技术实现思路
描述了用于改进高速高功率半导体晶体管的性能的方法和结构。在一些实施例中，所述晶体管可以包括氮化镓材料，但是在其他实施例中，可以使用其他半导体材料。在一些实施方式中，晶体管由沉积在不同材料的衬底上的氮化镓半导体材料的一个或更多个层形成。可以包括芯片上的电路，以调整该器件的性能，从而抑制第二谐波产生并匹配该器件的输入阻抗。根据一些实施例，双电容器输入网络被结合到晶体管封装中，以改善该器件的性能。在一些实施例中，一种用于对具有双电容器输入网络的半导体晶体管进行调谐的方法可以包括以下动作：改变第一电容性分路中的第一电容器的值，直到晶体管的S11散射参数曲线的谐振回路在大约为半导体晶体管的目标频率两倍的频率处具有峰值为止。第一电容性分路可以连接到半导体晶体管的至少一个栅极触点。一种用于对该半导体晶体管进行调谐的方法可以还包括改变第二电容性分路中的第二电容器的值，直到第二电容性分路的输入处的输入阻抗约等于目标阻抗值为止。在所述第一电容器的值已经被改变之后，所述第二电容性分路可以被添加到第一电容性分路。在一些方面，半导体晶体管可以在晶体管的有源区域中包括氮化镓。目标频率可以从约1GHz到约6GHz。根据一些实施方式，改变第一电容器的值可以包括在从约5pF到约60pF的范围内选择第一电容器的值。在一些方面，改变第二电容器的值可以包括在从约5pF到约60pF的范围内选择第二电容器的值。根据一些实施方式，通过朝向半导体晶体管看第一电容性分路来确定S11散射参数曲线。在一些方面，通过数值模拟确定S11散射参数曲线。在一些实施方式中，S11散射参数曲线包括栅-源电容Cgs的影响。根据一些实施方式，一种用于调谐半导体晶体管的方法可以还包括利用多个接合线连接件将第一电容器的电极连接到半导体晶体管的栅极垫。在一些方面，第一电容器为条形电容器。在一些实施方式中，一种方法还包括利用多条接合线将第二电容器的电极连接到第一电容器的电极。一种方法可以还包括将第二电容器的电极连接到封装栅极引线。在一些方面，第二电容器是条形电容器。一种用于调谐半导体晶体管的方法可以还包括以下动作：选择第一电容器的第一值；选择第二电容器的第二值；和将半导体晶体管与具有第一值的第一电容器和具有第二值的第二电容器组装到封装中。在一些实施方式中，一种调谐半导体晶体管的目标阻抗值包括在0欧姆到100欧姆之间的实数阻抗。在一些方面，半导体晶体管包括以线性阵列设置在半导体管芯上的一个或更多个耗尽型晶体管。前述实施方式、特征和方面可以以任何合适的组合被包括在用于调谐半导体晶体管的方法的实施例中。在一些实施例中，调谐的半导体晶体管可以包括与半导体晶体管的至少一个栅极触点相连的第一电容性分路和与第一电容性分路相连的第二电容性分路，其中在第二电容性分路未连接的情况下在第一电容性分流处朝向半导体晶体管看地确定的S11散射参数曲线的谐振回路的峰值位于大约为半导体晶体管的目标频率两倍的频率处。在一些方面，半导体晶体管包括集成到管芯上的一个或更多个氮化镓晶体管。所述一个或更多个氮化镓晶体管可以以线性阵列布置。在一些情况下，所述一个或更多个氮化镓晶体管包括耗尽型晶体管。根据一些方面，所述一个或更多个氮化镓晶体管包括高电子迁移率晶体管。在一些实施方式中，所述一个或更多个氮化镓晶体管以线性阵列布置并且半导体晶体管的每单位长度的额定功率密度为约1W/mm到约15W/mm。在一些方面，所述一个或更多个氮化镓晶体管包括形成在硅衬底之上的氮化镓层。根据一些实施方式，调谐的半导体晶体管在目标频率下的漏极效率为约50％到约80％。在一些实施方式中，调谐的半导体晶体管可以包括形成在硅衬底和氮化镓层之间的至少一个过渡层。在一些方面，第一电容性分路可以包括：电容从约5pF到约60pF的第一条形电容器；和连接在第一条形电容器的电极和该一个或更多个晶体管的栅极垫之间的第一多条接合线。接合线可以由金制成并且可以以约100微米到约500微米的间距间隔开。在一些情况下，第二电容性分路包括：电容为约5pF到约60pF的第二条形电容器；和连接在第二条形电容器的电极和第一条形电容器的电极之间的第二多条接合线。所述第一多条接合线和第二多条接合线可以由金制成并且可以以从约100微米到约500微米的间距间隔开。根据一些方面，调谐的半导体晶体管可以还包括：容置半导体晶体管、第一电容性分路和第二电容性分路的封装。所述封装可以包括与第二电容性分路相连的金属引线，其提供了与晶体管的该至少一个栅极触点的栅极连接。在一些实施方式中，封装可以包括陶瓷气腔、塑料气腔或者塑料包覆成型封装。在一些方面，半导体晶体管的实数输入阻抗在0欧姆到约100欧姆之间。晶体管的目标频率可以为从约1GHz到约6GHz。在一些情况下，多个调谐的半导体晶体管可以被组装到电路板上以作为单个功率晶体管并联地工作。前述装置和方法实施例可以具有上述或者以下进一步详细描述的方面、特征和动作地被包括在任何合适的组合中。根据以下结合附图的描述，能够更充分地理解本教示的这些和其他方面、实施例和特征。附图说明本领域技术人员将理解，本文中描述的附图仅用于图示目的。应理解，在一些情况下，可能会夸大地或者放大地示出所述实施例的各方面，以方便对所述实施例的理解。附图不一定是成比例的，而是将重点放在图示本教示的原理。在附图中，在各幅附图中，相似的附图标记通常表示相似的特征、功能上相似和/或结构上相似的元件。在附图涉及微制造电路时，可能会仅示出一个器件和/或电路，以简化附图。在实践中，大量器件或电路可以并联地制造在衬底的大区域上或者整个衬底上。此外，描绘的器件或电路可以集成到更大的电路内。当在以下的详细描述中提及附图时，可能会使用“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“垂直”、“水平”和类似的空间参照。这些参照用于教示目的，而不旨在作为对于具体化器件的绝对参考。具体化器件可以以可能与附图中示出的取向不同的任何合适的方式在空间上取向。附图并非旨在以任何方式限制本教示的范围。图1A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对具有双电容器输入网络的半导体晶体管进行调谐的方法，所述方法包括：改变第一电容性分路中的第一电容器的值，直到S11散射参数曲线的谐振回路在约为所述半导体晶体管的目标频率两倍的频率处具有峰值为止，其中，所述第一电容性分路连接到所述半导体晶体管的至少一个栅极触点；将第二电容性分路添加至所述第一电容性分路；和改变所述第二电容性分路中的第二电容器的值，直到所述第二电容性分路的输入处的输入阻抗约等于目标阻抗值为止。

【技术特征摘要】
2015.10.08 US 14/878,9521.一种用于对具有双电容器输入网络的半导体晶体管进行调谐的方法，所述方法包括：改变第一电容性分路中的第一电容器的值，直到S11散射参数曲线的谐振回路在约为所述半导体晶体管的目标频率两倍的频率处具有峰值为止，其中，所述第一电容性分路连接到所述半导体晶体管的至少一个栅极触点；将第二电容性分路添加至所述第一电容性分路；和改变所述第二电容性分路中的第二电容器的值，直到所述第二电容性分路的输入处的输入阻抗约等于目标阻抗值为止。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述半导体晶体管在所述晶体管的有源区域中包括氮化镓。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标频率从约1GHz到约6GHz。4.如权利要求1所述的方法，其中，改变所述第一电容器的值包括在从约5pF到约60pF的范围内选择所述第一电容器的值。5.如权利要求1所述的方法，其中，改变所述第二电容器的值包括在从约5pF到约60pF的范围内选择所述第二电容器的值。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述S11散射参数曲线是向所述第一电容性分路中朝向所述半导体晶体管进行观察而确定的。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述S11散射参数曲线是通过数值模拟而确定的。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述S11散射参数曲线包括栅-源电容Cgs的影响。9.如权利要求1所述的方法，还包括：利用多个接合线连接件将所述第一电容器的电极连接到所述半导体晶体管的栅极垫。10.如权利要求9所述的方法，其中，所述第一电容器为条形电容器。11.如权利要求1所述的方法，还包括：利用多条接合线将所述第二电容器的电极连接到所述第一电容器的电极。12.如权利要求11所述的方法，还包括：将所述第二电容器的所述电极连接到封装栅极引线。13.如权利要求11所述的方法，其中，所述第二电容器为条形电容器。14.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标阻抗值包括在0欧姆到100欧姆之间的实数阻抗。15.如权利要求1所述的方法，其中，所述半导体晶体管包括以线性阵列设置在半导体管芯上的一个或更多个耗尽型晶体管。16.如权利要求1所述的方法，还包括：选择所述第一电容器的第一值；选择所述第二电容器的第二值；和将所述半导体晶体管与具有所述第一值的第一电容器和具有所述第二值的第二电容器组装到封装中。17.一种调谐的半导体晶体管，包括：与所述半导体晶体管的至少一个栅极触点相连的第一电容性分路；和与所述第一电容性分路相连的第二电容性分路，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔特·H·纳吉，林登·帕蒂森，
申请(专利权)人：麦克姆技术解决方案控股有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US