一种数字移相器制造技术

本发明专利技术公开一种数字移相器，包括数字移相电路和GaN基；其中，数字移相电路位于GaN基上，数字移相电路采用全通型结构的数字移相电路，该全通型结构的数字移相电路具有AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)作为开关器件。本发明专利技术的数字移相器提高了相控阵雷达、通信、电子对抗以及智能武器等军事系统与装备中收发组件的性能，并且提高相移精度。

A digital phase shifter

The invention discloses a digital phase shifter, including digital phase shifter circuit and GaN base; the digital phase shift circuit in GaN based on digital phase shifting circuit using digital phase shifter circuit full digital phase shifter circuit structure, the full type structure with high electron mobility of AlGaN/GaN heterojunction field effect transistor (HEMT) as switch device. The digital phase shifter improves the performance of transmitting and receiving components in military systems and equipment such as phased array radar, communications, electronic countermeasures and intelligent weapons, and improves the phase shifting accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种数字移相器
本专利技术涉及半导体器件及传感器领域，尤其涉及一种数字移相器。
技术介绍
移相器(PhaseShifter)是用来改变传输信号相位的器件，在雷达、通讯系统、仪表仪器、导弹控制系统等众多
中有着广泛的应用前景。其中，相控阵雷达是移相器最为重要的应用领域。发射/接收(T/R)组件是现代有源相控阵雷达系统中的核心部件，其性能优越与否在很大程度上影响相控阵雷达系统的整体性能，包括衰减器、微波开关、限幅器、移相器等微波控制电路元件。其中移相器的移相精度决定了T/R组件乃至雷达能否实现波束对空中目标的快速、准确定位以及波束的副瓣抑制能力。因此，移相器部件的性能决定了T/R组件设计的成败，其成本、性能、质量、体积、可靠性也直接影响着相控阵雷达系统的相应指标。现有的移相器，主要采用砷化镓(GaAs)工艺的高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺来实现。GaN器件为代表的第三代宽禁带半导体器件，可以工作在高温大功率以及辐射等恶劣的条件下，功率容量大，具有GaAs等其他半导体材料在微波射频领域无法比拟的性能优势，可以进一步改善雷达收发组件的性能。针对中等相移量的数字移相器电路，目前大多采用加载线型的拓扑结构，该结构由于需要引入λ/4微带线，不利于移相器集成和缩小面积，且相移精度较差，有必要提出更高性能的数字移相器。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种具有更好性能的数字移相器，用于解决移相器在集成和面积上存在的问题，并且能够提高相移精度。(二)技术方案本专利技术的一方面提供一种数字移相器，包括：GaN基底；以及数字移相电路，形成于该GaN基底上；其中，所述数字移相电路采用全通型结构的数字移相电路，该全通型结构的数字移相电路采用AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率场效应晶体管作为开关器件。其中，所述全通型结构的数字移相电路，包括第一开关器件101、第二开关器件106、第一电容102、第二电容104、第一电感103、第二电感105和第三电感107，其中：第一开关器件101和第二开关器件106均采用场效应晶体管；第一开关器件101的源极依次连接第一电感103、第三电感107后返回连接第一开关器件101的漏极，第一开关器件101的源极和第一开关器件101的漏极之间并联第一电容102；第二开关器件106的源极连接第二电感105后返回连接第二开关器件106的漏极；第二开关器件106的源极接地；第二电容104，一端连接于第一电感103和第三电感107中间的位置，一端连接第二开关器件106的漏极。其中，所述第一开关器件101和第二开关器件106采用的场效应晶体管为具有AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)。其中，所述具有AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率场效应晶体管，包括衬底SiC，其上依次为成核层AlN、异质结AlGaN/GaN中的GaN层、异质结AlGaN/GaN中的AlGaN层。其中，所述AlGaN层上表面两端具有源极S和漏极D。其中，所述源极S和漏极D与AlGaN层的接触均为欧姆接触，且源极S和漏极D采用Ti/Al/Ti/Au材料的叠层。其中，所述AlGaN层上表面的中间为栅极G。其中，所述栅极G与AlGaN层的接触为肖特基接触，且栅极G采用Ti/Au材料的叠层。其中，所述栅极G，其栅长为0.25μm，栅宽为8×100μm。其中，所述GaN层和所述AlGaN层之间还包括插入层AlN，用于促进二维电子气(2DEG)的激发。(三)有益效果本专利技术提供的数字移相器，具有以下积极效果：(1)本专利技术的数字移相器，针对中等相移量的相位需求，采用全通型拓扑结构的数字移相电路，不需要引入λ/4微带线，并采用精确容值和感值的器件，从而利于移相器集成和缩小面积，并且，该种设计在频段内具有更低的相位误差，提升了移相器电路的相移精度，从而大大提高了相控阵雷达、通信、电子对抗以及智能武器等军事系统与装备中收发组件的性能。(2)本专利技术的数字移相器，适合工作在高温、辐射等恶劣环境中以及具有高功率容量的特点。附图说明图1为根据本专利技术实施例的数字移相器的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的数字移相器的HEMT器件的截面示意图；图3为根据本专利技术实施例的数字移相器的频率-相移仿真示意图；图4为根据本专利技术实施例的数字移相器的输入输出端口间频率-插入损耗仿真示意图；图5为根据本专利技术实施例的数字移相器的输入输出端口间频率-输入回波损耗仿真示意图；图6为根据本专利技术实施例的数字移相器的输入输出端口间频率-输出回波损耗仿真示意图；图7为根据本专利技术实施例的数字移相器的输入输出端口间输入功率-输出功率实测示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。在本实施例中，该数字移相器为基于GaN基MMIC工艺设计的数字移相器，该数字移相器包括：GaN基底；数字移相电路，形成于该GaN基底上；其中，数字移相电路采用全通型结构的数字移相电路，该全通型结构的数字移相电路采用AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率场效应晶体管作为开关器件。相较于GaAs材料，GaN材料具有更宽的禁带宽度，更大的电子饱和漂移速率、更高的临界击穿场强等特点，由于热生泄漏电流主要由禁带宽度决定的，因此在给定温度下，GaN比其它窄带半导体材料的热生泄漏电流小几个数量级，充分显示其在高温条件下的应用潜力。其中，输入输出信号电极RFin、RFout连接欧姆端口；移相电路采用0.25μm，栅宽分别为8×100μm；偏置线提供控制开关器件开启/关断所需的栅极电压Vg为0/-5V。如图1所示，移相电路采用全通型结构的数字移相电路，其包括第一开关器件101和第二开关器件106、第一电容102和第二电容104、第一电感103和第二电感105以及连接各元件的微带线。偏置线提供0V栅极电压控制开关器件开启或提供-5V栅极电压控制开关器件关断，实现信号在不同支路上的传播，即形成不同相位状态的切换。在本实施例中，相移量为22.5°。当偏置线提供-5V栅极电压控制第一开关器件101关断、提供0V栅极电压控制第二开关器件106开启时，定义为移相态，此时第一开关器件101被看做一个小的关断电容，第二开关器件106等效为一个非常小的串联电阻，近似于理想导通，将第二电感105短接到地，整个网络等效为一个全通滤波结构。当偏置线提供0V栅极电压控制第一开关器件101开启、提供-5V栅极电压控制第二开关器件106关断时，定义为参考态，此时第一开关器件101可以等效为一个非常小的串联电阻，近似于理想导通，而第二开关器件106则相当于一个小的关断电容，与第二电感105形成并联谐振，防止射频信号泄露到地。因此可以得到一个近似为零的相位响应。偏置线控制信号在移相态、参考态两种状态下的切换，即可得到所需相移量。第一开关器件101和第二开关器件106采用的场效应晶体管为具有AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)。图2为根据本专利技术实施例的数字移相器的HEMT器件的截面示意图，如图2所示，具有AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率场效应晶体管，包括衬底SiC，其上依次为成核层AlN、异质结AlG本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字移相器，包括：GaN基底；以及数字移相电路，形成于该GaN基底上；其中，所述数字移相电路采用全通型结构的数字移相电路，该全通型结构的数字移相电路采用AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率场效应晶体管作为开关器件。

【技术特征摘要】
1.一种数字移相器，包括：GaN基底；以及数字移相电路，形成于该GaN基底上；其中，所述数字移相电路采用全通型结构的数字移相电路，该全通型结构的数字移相电路采用AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率场效应晶体管作为开关器件。2.根据权利要求1所述的数字移相器，其中，所述全通型结构的数字移相电路，包括第一开关器件(101)、第二开关器件(106)、第一电容(102)、第二电容(104)、第一电感(103)、第二电感(105)和第三电感(107)，其中：第一开关器件(101)和第二开关器件(106)均采用场效应晶体管；第一开关器件(101)的源极依次连接第一电感(103)、第三电感(107)后返回连接第一开关器件(101)的漏极，第一开关器件(101)的源极和第一开关器件(101)的漏极之间并联第一电容(102)；第二开关器件(106)的源极连接第二电感(105)后返回连接第二开关器件(106)的漏极；第二开关器件(106)的源极接地；第二电容(104)，一端连接于第一电感(103)和第三电感(107)中间的位置，一端连接第二开关器件(106)的漏极。3.根据权利要求2所述的数字移相器，其中，所述第一开关器件(101)和第二开...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗卫军，孙朋朋，刘辉，张宗敏，耿苗，张蓉，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11