晶体管内负载调制制造技术

功率放大器包括具有主放大器和峰化放大器的半导体管芯。主放大器包括至少一个第一晶体管，并且峰化放大器包括与第一晶体管不同的至少一个第二晶体管。峰化放大器被配置为响应于施加到第一晶体管和第二晶体管的相应栅极的公共栅极偏置来调制主放大器的负载阻抗。还讨论了相关的制造和操作方法。讨论了相关的制造和操作方法。讨论了相关的制造和操作方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】晶体管内负载调制
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求于2019年3月28日向美国专利商标局提交的美国专利申请No.16/367,631的优先权权益，其公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]本公开涉及微电子装置，并且更具体地，涉及高功率场效应晶体管。

技术介绍

[0004]在诸如射频(500MHz)、S
‑
波段(3GHz)和X
‑
波段(10GHz)等高频操作时需要高功率处理能力的电路近年来变得越来越普遍。由于高功率、高频电路的增加，对能够在无线电和微波频率下可靠操作同时仍能够处理高功率负载的半导体装置的需求相应增加。
[0005]通信系统中的射频(RF)功率放大器可以负责产生无线通信所需的高功率。功率放大器(PA)可以包括一个或多个有源晶体管和位于输入和输出节点的无源匹配网络。不同的RF功率应用可能例如在输出功率和效率方面对功率放大器有不同的要求。例如，基站中使用的RF PA可能不仅需要在峰值功率下高效，而且在可能比峰值功率低几分贝(dB)的平均功率下也需要高效。但是，实现这一目标可能具有挑战性，因为可能在峰值功率附近达到峰值效率。在回退或平均功率下，效率往往会急剧下降。
[0006]为了解决回退功率下的效率问题，已经提出了几种PA体系架构解决方案，包括Doherty实施方式。各种Doherty放大器实施方式在授予Pengelly的美国专利No.6,700,444、在授予Pengelly等人的美国专利No.6,737,922、在授予Pengelly等人的美国专利No.6,791,417、在授予Pengelly等人的美国专利No.7,193,473、在授予Pribble等人的美国专利No.9,407,214以及在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，第61卷，第2期(2013年2月)的Gustafsson等人的“A Wideband and Compact GaN MMIC Doherty Amplifier for Microwave Link Applications”中描述。

技术实现思路

[0007]根据本公开的一些实施例，功率放大器包括具有主放大器和峰化放大器的半导体管芯。主放大器包括至少一个第一晶体管，并且峰化放大器包括与第一晶体管不同的至少一个第二晶体管。峰化放大器被配置为响应于施加到第一和第二晶体管的相应栅极的公共栅极偏置来调制主放大器的负载阻抗。
[0008]在一些实施例中，基于公共栅极偏置，半导体管芯上的第一晶体管和第二晶体管可以被配置为响应于到功率放大器的输入信号的不同功率水平而依次接通。
[0009]在一些实施例中，第一晶体管和第二晶体管可以分别具有第一阈值电压和第二阈值电压。第一阈值电压可以不同于第二阈值电压。例如，第一阈值电压可以小于第二阈值电压。
[0010]在一些实施例中，半导体管芯还可以包括输入传输线，其电连接半导体管芯上的
主放大器和峰化放大器的相应输入以向其提供输入信号。
[0011]在一些实施例中，半导体管芯还可以包括输出传输线，其电连接半导体管芯上的主放大器和峰化放大器的相应输出。
[0012]在一些实施例中，输入传输线或输出传输线中的至少一个包括电气长度，该电气长度被配置为将信号提供给相应的输入或提供来自相应输出的信号，在信号之间具有基于输入信号的频率分量的预定相移。
[0013]在一些实施例中，第一和第二晶体管的相应栅极可以包括相应的细长栅极指。输入传输线可以是栅极流道(runner)，其电连接第一和第二晶体管的相应的细长栅极指以向其提供公共栅极偏置。
[0014]在一些实施例中，第一和第二晶体管还可以包括在相应的细长栅极指对之间延伸的相应的细长漏极触件。输出传输线可以是电连接第一和第二晶体管的相应的细长漏极触件的漏极流道。
[0015]在一些实施例中，输入传输线的电气长度可以由栅极流道的在第一和第二晶体管的相应的细长栅极指之间延伸的部分限定。
[0016]在一些实施例中，输出传输线的电气长度可以由漏极流道的在第一和第二晶体管的相应的细长漏极触件之间延伸的部分限定。
[0017]在一些实施例中，栅极流道的所述部分和/或漏极流道的所述部分可以没有到第一和第二晶体管的电连接。
[0018]在一些实施例中，第一和第二晶体管的相应的细长栅极指可以分别通过在栅极流道的所述部分的相对端处的第一和第二栅极总线连接到栅极流道。
[0019]在一些实施例中，第一和第二晶体管的相应的细长漏极触件可以分别通过在漏极流道的所述部分的相对端处的第一和第二漏极总线连接到漏极流道。
[0020]在一些实施例中，第一晶体管的相应的细长栅极指可以包括与半导体管芯上的第二晶体管的相应的细长栅极指相比不同的材料、不同的掺杂剂浓度、不同的厚度和/或相对于其相应沟道区的不同深度。
[0021]在一些实施例中，电气长度可以是与输入信号的频率分量对应的波长的四分之一。
[0022]在一些实施例中，输入传输线或输出传输线中的至少一个可以包括半导体管芯上的分布式元件电路。
[0023]在一些实施例中，输入传输线或输出传输线中的至少一个可以没有集总(lumped)元件。
[0024]在一些实施例中，半导体管芯还可以包括第三放大器，该第三放大器包括具有与第一和第二阈值电压不同的第三阈值电压的第三晶体管。
[0025]在一些实施例中，第三放大器可以是驱动放大器，其具有被配置为接收功率放大器的输入信号的输入和耦合到第一或第二晶体管的相应栅极中的一个或多个的输出。
[0026]在一些实施例中，第一晶体管可以在主放大器的多个第一晶体管当中，并且第二晶体管可以在峰化放大器的多个第二晶体管当中。多个第二晶体管的数量可以多于多个第一晶体管。
[0027]在一些实施例中，第一和第二晶体管可以是高电子迁移率晶体管(HEMT)或金属氧
化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
[0028]根据本公开的一些实施例，一种制造功率放大器的方法包括形成半导体管芯，该半导体管芯包括具有第一晶体管的主放大器和具有与第一晶体管不同的第二晶体管的峰化放大器。峰化放大器被配置为响应于施加到第一和第二晶体管的相应栅极的公共栅极偏置来调制主放大器的负载阻抗。
[0029]在一些实施例中，基于公共栅极偏置，半导体管芯上的第一晶体管和第二晶体管可以被配置为响应于功率放大器的输入信号的不同功率水平而依次接通。
[0030]在一些实施例中，形成半导体管芯可以包括将第一晶体管和第二晶体管形成为分别具有不同的第一阈值电压和第二阈值电压。
[0031]在一些实施例中，形成半导体管芯可以包括形成输入传输线，该输入传输线电连接半导体管芯上的主放大器和峰化放大器的相应输入以向其提供输入信号。
[0032]在一些实施例中，形成半导体管芯可以包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率放大器，包括：半导体管芯，所述半导体管芯包括具有第一晶体管的主放大器和具有与第一晶体管不同的第二晶体管的峰化放大器，其中所述峰化放大器被配置为响应于施加到第一晶体管和第二晶体管的相应栅极的公共栅极偏置来调制所述主放大器的负载阻抗。2.如权利要求1所述的功率放大器，其中，基于所述公共栅极偏置，所述半导体管芯上的第一晶体管和第二晶体管被配置为响应于所述功率放大器的输入信号的不同功率水平而依次接通。3.如权利要求1所述的功率放大器，其中第一晶体管和第二晶体管分别具有不同的第一阈值电压和第二阈值电压。4.如前述权利要求中的任一项所述的功率放大器，其中所述半导体管芯还包括：输入传输线，所述输入传输线电连接所述半导体管芯上的主放大器和峰化放大器的相应输入以向其提供输入信号；和/或输出传输线，所述输出传输线电连接所述半导体管芯上的主放大器和峰化放大器的相应输出。5.如权利要求4所述的功率放大器，其中所述输入传输线或所述输出传输线中的至少一个包括电气长度，所述电气长度被配置为将信号提供给相应的输入或提供来自相应的输出的信号，在信号之间具有基于输入信号的频率分量的预定相移。6.如权利要求5所述的功率放大器，其中第一晶体管和第二晶体管的相应栅极包括相应的细长栅极指，并且其中所述输入传输线包括栅极流道，所述栅极流道电连接第一晶体管和第二晶体管的相应的细长栅极指以向其提供公共栅极偏置。7.如权利要求6所述的功率放大器，其中第一晶体管和第二晶体管还包括在相应的细长栅极指对之间延伸的相应的细长漏极触件，并且其中所述输出传输线包括电连接第一晶体管和第二晶体管的相应的细长漏极触件的漏极流道。8.如权利要求7所述的功率放大器，其中：所述输入传输线的电气长度由所述栅极流道的在第一晶体管和第二晶体管的相应的细长栅极指之间延伸的部分限定；和/或所述输出传输线的电气长度由所述漏极流道的在第一晶体管和第二晶体管的相应的细长漏极触件之间延伸的部分限定。9.如权利要求8所述的功率放大器，其中所述栅极流道的所述部分和/或所述漏极流道的所述部分没有与第一晶体管和第二晶体管的电连接。10.如权利要求6至9中的任一项所述的功率放大器，其中第一晶体管和第二晶体管的相应的细长栅极指分别通过所述栅极流道的所述部分的相对端处的第一栅极总线和第二栅极总线连接到所述栅极流道，并且第一晶体管和第二晶体管的相应的细长漏极触件分别通过所述漏极流道的所述部分的相对端处的第一漏极总线和第二漏极总线连接到漏极流道。11.如权利要求6至10中的任一项所述的功率放大器，其中在所述半导体管芯上，第一晶体管的相应的细长栅极指包括与第二晶体管的相应的细长栅极指相比不同的材料、不同的掺杂剂浓度、不同的厚度和/或相对于其相应沟道区的不同深度。
12.如权利要求5至11所述的功率放大器，其中所述电气长度包括与所述输入信号的频率分量对应的波长的四分之一。13.如权利要求4至12所述的功率放大器，其中所述输入传输线或所述输出传输线中的至少一个包括所述半导体管芯上的分布式元件电路并且没有集总元件。14.如前述权利要求中的任一项所述的功率放大器，其中所述半导体管芯还包括第三放大器，所述第三放大器包括具有第三阈值电压的第三晶体管，所述第三阈值电压与第一阈值电压和第二阈值电压不同。15.如权利要求14所述的功率放大器，其中第三放大器包括驱动放大器，所述驱动放大器具有被配置为接收所述功率放大器的输入信号的输入和耦合到第一晶体管或第二晶体管的相应栅极中的一个或多个的输出。16.如前述权利要求中的任一项所述的功率放大器，其中所述主放大器的第一晶体管包括多个第一晶体管，并且其中所述峰化放大器的第二晶体管包括数量大于所述多个第一晶体管的多个第二晶体管。17.如前述权利要求中的任一项所述的功率放大器，其中第一晶体管和第二晶体管包括高电子迁移率晶体管HEMT或金属氧化物半导体场...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：