石墨烯射频放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯射频放大器，涉及放大器技术领域。所述放大器包括印刷电路板，所述电路板包括衬底，所述衬底的上表面设有石墨烯P沟道MOSFET管芯、输入端隔直电容、输入阻抗变换器、1/4波长输入微带线、外加栅压、旁路电容、第一焊盘、1/4波长输出微带线、输出端阻抗变换器、外加漏压的焊点以及输出端隔直电容。第一焊盘与所述MOSFET管芯的栅极之间通过键合金丝连接；所述MOSFET管芯的源极接地；所述MOSFET管芯的漏极与输出端阻抗变换器的一端连接。所述放大器可实现较高的增益并具有良好的驻波比。

Graphene RF amplifier

The invention discloses a graphene radio frequency amplifier, relating to the technical field of amplifiers. The amplifier includes a printed circuit board, the circuit board includes a substrate is arranged on the upper surface of the substrate graphene P channel MOSFET tube core, input capacitance, input impedance converter, 1/4 microstrip line, the wavelength of the input voltage, and a bypass capacitor, a first pad, 1/4 wavelength microstrip line the output impedance converter, external drain voltage and output capacitance of solder joint. The first bonding pad is connected with the gate of the MOSFET tube core by a key alloy wire; the source of the MOSFET tube core is grounded; the drain of the MOSFET tube core is connected with one end of the output impedance converter. The amplifier achieves a high gain and has a good Bobbi.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯射频放大器
本专利技术涉及放大器
，尤其涉及一种可实现较高的增益和良好的驻波比的石墨烯射频放大器。
技术介绍
石墨烯是一种电学性能良好的半导体材料，其迁移率最高可达1000000cm2/(V•s)，在已知所有半导体材料中最高。射频放大器是石墨烯的一个重要应用领域。2012年Andersson等人报道了1GHz下增益为10dB，噪声系数为6.4dB的石墨烯射频放大器。但是有源器件的偏压是通过微波探针的信号针加上的，所以该放大器的电路结构并不完整，其应用也受到了限制。2014年JaohongLee等人报道了一个380MHz下增益为1.3dB的石墨烯射频放大器。该放大器的频率和增益都比较低。上述石墨烯放大器都是在印刷电路板上实现的。2016年C.Yu等人报道了14.3GHz下增益为3.4dB，噪声系数为6.2dB的石墨烯射频放大器单片集成电路。该放大器的工作频率虽然比较高，但是有源器件的偏压是通过微波探针的信号针加上的，该放大器的电路结构是不完整的，且增益较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种可实现较高的增益和良好的驻波比的石墨烯射频放大器。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种石墨烯射频放大器，其特征在于：包括印刷电路板，所述电路板包括衬底，所述衬底的上表面设有石墨烯P沟道MOSFET管芯，输入端隔直电容的一端为所述放大器的信号输入端，所述输入端隔直电容的另一端与输入阻抗变换器的一端连接，输入阻抗变换器的另一端分为两路，第一路与1/4波长输入微带线的一端连接，1/4波长输入微带线的另一端分为两路，第一路与外加栅压的焊点连接，第二路经旁路电容接地；所述输入阻抗变换器另一端的第二路经输入端电感与第一焊盘连接，第一焊盘与所述MOSFET管芯的栅极之间通过键合金丝连接；所述MOSFET管芯的源极接地；所述MOSFET管芯的漏极与输出端阻抗变换器的一端连接，1/4波长输出微带线的一端与输出端阻抗变换器具有键合金丝的一端连接，1/4波长输出微带线的另一端分为两路，第一路与外加漏压的焊点连接，第二路经旁路电容接地；所述输出端阻抗变换器的另一端与输出端隔直电容的一端连接，所述输出端隔直电容的另一端为所述放大器的信号输出端。进一步的技术方案在于：所述衬底的下表面设有背面金属，用于接地，位于衬底上表面的接地焊盘与背面金属之间设有金属化过孔，所述金属化过孔内设有螺丝，接地焊盘与背面金属之间通过螺丝连接；所述旁路电容以及与所述MOSFET管芯的源极连接的键合金丝与所述接地焊盘连接。进一步的技术方案在于：所述MOSFET管芯、电容以及电感通过导电胶固定在所述衬底上表面的焊盘上。进一步的技术方案在于：微波信号输入端连接器与所述放大器的信号输入端连接，微波信号输出端连接器与所述放大器的信号输出端连接。进一步的技术方案在于：所述放大器还包括盒体，所述印刷电路板通过螺丝固定在所述盒体内，所述输入端连接器以及所述输出端连接器固定在所述盒体外，所述输入端连接器以及所述输出端连接器通过转换插头与所述电容连接。进一步的技术方案在于：所述输入阻抗变换器为长1536微米，宽64微米，厚30微米的铜微带线；所述1/4波长输入微带线以及1/4波长输入微带线长1480微米，宽44微米。进一步的技术方案在于：所述输入阻抗变换器为长710微米，宽50微米，厚30微米的铜微带线；所述1/4波长输入微带线以及1/4波长输入微带线长720微米，宽30微米。进一步的技术方案在于：所述输入阻抗变换器为长430微米，宽60微米，厚30微米的铜微带线；所述1/4波长输入微带线以及1/4波长输入微带线长420微米，宽30微米。进一步的技术方案在于：所述MOSFET管芯包括石墨烯外延生长的碳化硅衬底和衬底上的管芯本体，所述碳化硅衬底的台面区的前后侧分别设有一个源极，且所述源极与台面区有部分重叠，所述台面区的左侧设有栅极，所述栅极的右侧设有两个与其连接并向右延伸的栅条，所述台面区的右侧设有一个漏极，所述漏极的左侧设有一个与其连接并向左延伸的源条，所述源条位于两个栅条之间。进一步的技术方案在于：所述栅条与碳化硅衬底之间设有一层Al2O3，作为MOSFET的栅下氧化层。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述石墨烯射频放大器基于器件的小信号模型设计。在印刷电路板上采用电感、微带线进行输出与输出的匹配。采用1/4波长微带线作为偏置电路并采用电容进行隔直与偏置电路的旁路。该石墨烯射频放大器能够实现较高的增益和良好的驻波比。附图说明图1为本专利技术实施例所述放大器中石墨烯MOSFET管芯的俯视结构示意图；图2为本专利技术实施例所述放大器中印刷电路板物理结构示意图；图3为本专利技术实施例所述放大器中印刷电路板、盒体、管芯、元器件、连接器之间的连接方式示意图；图4为本专利技术实施例所述放大器的俯视结构示意图；图5为本专利技术实施例所述放大器中L波段石墨烯放大器增益、驻波仿真曲线；图6为本专利技术实施例所述放大器中S波段石墨烯放大器增益、驻波仿真曲线；图7为本专利技术实施例所述放大器中C波段石墨烯放大器增益、驻波仿真曲线；其中：1、石墨烯P沟道MOSFET管芯101：碳化硅衬底102：台面区103：源极104：漏极105：栅条106：栅极107：源条2、印刷电路板201：衬底202：背面金属203、焊盘204：固定过孔205：接地焊盘206：金属化过孔302、盒体304、电感、电容元器件307、转换插头309、导电胶401、微波信号输入端连接器402、微波信号输出端连接器403、输入端隔直电容404、输入阻抗变换器405、输入端电感406、1/4波长输入微带线407、外加栅压的焊点408、旁路电容409、螺丝412、键合金丝413、输出端阻抗变换器414、输出端隔直电容415、1/4波长输出微带线416、外加漏压的焊点。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如图4所示，本专利技术实施例公开了一种石墨烯射频放大器，包括印刷电路板2，所述电路板包括衬底201，所述衬底201的上表面设有石墨烯P沟道MOSFET管芯1。输入端隔直电容403的一端为所述放大器的信号输入端，所述输入端隔直电容403的另一端与输入阻抗变换器404的一端连接，输入阻抗变换器404的另一端分为两路，第一路与1/4波长输入微带线406的一端连接，1/4波长输入微带线406的另一端分为两路，第一路与外加栅压的焊点407连接，第二路经旁路电容408接地；所述输入阻抗变换器404另一端的第二路经输入端电感405与第一焊盘连接，第一焊盘与所述MOSFET管芯的栅极之间通过键合金丝412连接；所述输入阻抗变换器404与电感405构成输入阻抗匹配电路，使输入阻抗匹配至50欧姆，输入阻抗匹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯射频放大器，其特征在于：包括印刷电路板（2），所述电路板包括衬底（201），所述衬底（201）的上表面设有石墨烯P沟道MOSFET管芯（1），输入端隔直电容（403）的一端为所述放大器的信号输入端，所述输入端隔直电容（403）的另一端与输入阻抗变换器（404）的一端连接，输入阻抗变换器（404）的另一端分为两路，第一路与1/4波长输入微带线（406）的一端连接，1/4波长输入微带线（406）的另一端分为两路，第一路与外加栅压的焊点（407）连接，第二路经旁路电容（408）接地；所述输入阻抗变换器（404）另一端的第二路经输入端电感（405）与第一焊盘连接，第一焊盘与所述MOSFET管芯的栅极之间通过键合金丝（412）连接；所述MOSFET管芯的源极接地；所述MOSFET管芯的漏极与输出端阻抗变换器（413）的一端连接，1/4波长输出微带线（415）的一端与输出端阻抗变换器（413）具有键合金丝的一端连接，1/4波长输出微带线（415）的另一端分为两路，第一路与外加漏压的焊点（416）连接，第二路经旁路电容（408）接地；所述输出端阻抗变换器（413）的另一端与输出端隔直电容（414）的一端连接，所述输出端隔直电容（414）的另一端为所述放大器的信号输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯射频放大器，其特征在于：包括印刷电路板（2），所述电路板包括衬底（201），所述衬底（201）的上表面设有石墨烯P沟道MOSFET管芯（1），输入端隔直电容（403）的一端为所述放大器的信号输入端，所述输入端隔直电容（403）的另一端与输入阻抗变换器（404）的一端连接，输入阻抗变换器（404）的另一端分为两路，第一路与1/4波长输入微带线（406）的一端连接，1/4波长输入微带线（406）的另一端分为两路，第一路与外加栅压的焊点（407）连接，第二路经旁路电容（408）接地；所述输入阻抗变换器（404）另一端的第二路经输入端电感（405）与第一焊盘连接，第一焊盘与所述MOSFET管芯的栅极之间通过键合金丝（412）连接；所述MOSFET管芯的源极接地；所述MOSFET管芯的漏极与输出端阻抗变换器（413）的一端连接，1/4波长输出微带线（415）的一端与输出端阻抗变换器（413）具有键合金丝的一端连接，1/4波长输出微带线（415）的另一端分为两路，第一路与外加漏压的焊点（416）连接，第二路经旁路电容（408）接地；所述输出端阻抗变换器（413）的另一端与输出端隔直电容（414）的一端连接，所述输出端隔直电容（414）的另一端为所述放大器的信号输出端。2.如权利要求1所述的石墨烯射频放大器，其特征在于：所述衬底（201）的下表面设有背面金属（202），用于接地，位于衬底（201）上表面的接地焊盘（205）与背面金属（202）之间设有金属化过孔（206），所述金属化过孔（206）内设有螺丝（409），接地焊盘（205）与背面金属（202）之间通过螺丝（409）连接；所述旁路电容（408）以及与所述MOSFET管芯的源极连接的键合金丝（412）与所述接地焊盘（205）连接。3.如权利要求1所述的石墨烯射频放大器，其特征在于：所述MOSFET管芯、电容以及电感通过导电胶（309）固定在所述衬底（201）上表面的焊盘（203）上。4.如权利要求1所述的石墨烯射频放大器，其特征在于：微波信号输...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋旭波，蔚翠，何泽召，冯志红，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13