一种基于片上预匹配技术的大功率管芯制造技术

本发明专利技术提出的是一种基于片上预匹配技术的大功率管芯，在大栅宽管芯的栅极处引入LC阻抗匹配单元构成预匹配网络，通过优化L、C的值将管芯的输入阻抗从一个微小阻抗值匹配至一个较大的阻抗值，并采用片上集成的方式，将设计得到的电感、电容同管芯共同制作在同一衬底上，通过上述片上预匹配技术精确实现管芯的第一级预匹配，从而能够提升大栅宽管芯的输入阻抗，降低后续片外阻抗匹配的敏感性，片外的阻抗匹配可以采用金丝和陶瓷电路片来实现，最终利于实现微波功率器件的大功率、宽频带等技术要求。要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于片上预匹配技术的大功率管芯


[0001]本专利技术涉及的是一种基于片上预匹配技术的大功率管芯，属于微波功率器件


技术介绍

[0002]随着无线通讯技术的迅猛发展，以Ge、Si为代表的第一代半导体和以GaAs为代表的第二代半导体都已经不能完全满足系统对功率放大器的要求。以GaN为代表的第三代半导体材料具有禁带宽、电子迁移率高、电子饱和速率高、击穿电压高、热导率高、化学稳定性好和抗辐射能力强等特点。高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）功率器件具有工作频率高、击穿电压高、功率密度高效率高等优点，逐渐成为目前微波功率器件和微波单片集成电路应用的理想器件。
[0003]近年来，通讯卫星、雷达、航空航天等领域对于大功率、宽频带的微波功率放大器的需求日益增加。大功率的微波功率放大器一般将大栅宽管芯进行多管芯合成来实现大功率输出，但管芯的栅宽越大，管芯的输入与输出阻抗越低，在进行阻抗匹配时越困难，尤其在高频，第一级匹配时所需的电感量太小，很难通过金丝键合实现，一方面，金丝太短后，电感值无法精确实现，实现起来与仿真值差距较大，另一方面，若金丝实现的电感值比仿真值大，其实现的阻抗匹配电路的Q值会更高，会显著减小匹配带宽，无法达到功率放大器宽频带的要求。如何降低大栅宽管芯的阻抗匹配的难度，实现宽带阻抗匹配，对实现更大功率、更宽频带的功率器件有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有微波功率器件存在的上述不足，提出一种基于预匹配技术的大功率管芯，能够提升大栅宽管芯的输入阻抗，降低阻抗匹配的难度，同时也利于实现功率器件的宽频带。
[0005]本专利技术的技术解决方案：一种基于片上预匹配技术的大功率管芯，其结构在大栅宽管芯的栅极处接有多个LC阻抗匹配单元，多个LC阻抗匹配单元构成了预匹配网络，能够将大栅宽管芯的输入阻抗从一个微小阻抗值匹配至较大阻抗值，降低了输入阻抗匹配的敏感性，基于该网络实现的阻抗匹配电路Q值可以更低，从而有利于实现较低阻抗的电路匹配或实现大栅宽器件工作带宽的拓宽。
[0006]进一步的，所述的大栅宽管芯由多个单胞构成，可以针对每个独立的单胞进行预匹配，也可以对两个单胞或者多个单胞并联结构进行预匹配。
[0007]进一步的，所述的LC阻抗匹配单元中的电感、电容均采用片上集成方式，同管芯形成整体结构，共同制作在同一衬底上；LC阻抗匹配单元中的电感可以采用微带线、螺旋电感等方式实现，电容可以采用片上MIM电容实现。
[0008]进一步的，所述的LC阻抗匹配单元构成的预匹配网络的级数可以是一级、两级或者多级；LC阻抗匹配单元构成的预匹配网络可以用在栅极输入端，也可以用在漏极输出端，
或者在栅极输入端和漏极输出端同时应用。
[0009]进一步的，所述的LC阻抗匹配单元构成的预匹配网络，不仅可以应用于大功率大栅宽管芯，还可以应用于中小栅宽管芯；可用于不同频段功率器件的管芯设计，例如P、L、S、C、X、Ku等频段；可应用于基于不同半导体材料，如Si、GaAs、GaN等材料制作的管芯。应用该技术设计的管芯应用于功率器件，可以为预匹配器件、内匹配器件、准单片或其它功率放大模块等。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：常规管芯采用键合金丝作为第一级输入匹配等效电感，当管芯栅宽较大或者器件工作频率较高时，因为工艺控制限制，采用金丝键合难以实现较小电感，精度及一致性等均无法控制，且无法精确实现理论计算值；而本专利技术提出的LC阻抗匹配单元构成的预匹配网络采用片上集成的方式同管芯一同制作在衬底上，其电感、电容制作精度高，不仅能实现任意较小的电感值及较大的电容值，而且能精准实现理论仿真或计算值，可将大栅宽管芯的输入阻抗匹配至想要的较大阻抗值，进而降低输入阻抗匹配的敏感性，其实现的阻抗匹配电路Q值更低，最终有利于实现微波功率器件的大功率、宽频带的技术要求；同时这种片上集成方式集成度高，生产加工一致性好，也无需增大片外匹配电路的面积，易于实现大功率及宽带微波功率器件大规模生产及器件小型化。
附图说明
[0011]附图1是现有普通大栅宽管芯和本专利技术提出的基于片上预匹配技术的大功率管芯的单胞预匹配和多胞预匹配结构原理对比示意图。
[0012]附图2是本专利技术提出的基于片上与预匹配技术的大功率管芯的具体结构示意图。
[0013]附图3是在普通大栅宽管芯上应用预匹配技术实现的功率器件的电性能仿真结果图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0015]为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0016]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”“某些实施方式”“示意性实施方式”“示例”“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征结构材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征结构材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0017]本专利技术为一种基于片上预匹配技术的大功率管芯，其内部结构原理如图1所示。大
栅宽管芯采用多个单胞并联的形式构成，在管芯内部的每个单胞或多个单胞并联后的栅极处通过串联电感L、并联电容C对管芯的输入阻抗进行预匹配，通过仿真优化确定电感、电容值，使得管芯的输入阻抗从一个微小值提升至一个较大值，然后基于同管芯相同的衬底材料，设计片上电感和电容，最终采用片上集成的方式将电感L、电容C同管芯一同制作在同一个衬底上，构成一个带有预匹配网络的管芯整体，同时可在管芯内部胞与胞之间或多个胞与多个胞之间采用电阻进行隔离，抑制奇模振荡，提升管芯稳定性，具体如图2所示。通过片上预匹配技术实现的大功率管芯，其输出阻抗已提升至较大值，对管芯再进行二次阻抗匹配的敏感性会大大降低，可在片外采用金丝和陶瓷电容进行第二级阻抗匹配，通过这种方式实现的阻抗匹配电路Q值更低，最终能实现微波功率器件大功率、宽频带的技术要求。
[0018]图3是一种在普通大栅宽管芯上应用预匹配技术实现的功率器件的电性能仿真结果图，从图中可以看出，由于普通大栅宽管芯在片外直接使用金丝和陶瓷电容进行阻抗匹配，用键合金丝实现的电感值无法做到很小，因此导致电路的Q值较大，最终设计实现的器件匹配带宽较窄，而采用片上预匹配技术设计的大栅宽管芯，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于片上预匹配技术的大功率管芯，其特征在于：其结构在大栅宽管芯的栅极处接有多个LC阻抗匹配单元，所述的多个LC阻抗匹配单元构成预匹配网络。2.根据权利要求1所述的一种基于片上预匹配技术的大功率管芯，其特征在于：所述的大栅宽管芯由多个单胞构成，预匹配网络针对每个独立的单胞进行预匹配，或对两个单胞或者多个单胞的并联结构进行预匹配。3.根据权利要求1所述的一种基于片上预匹配技术的大功率管芯，其特征在于：所述的LC阻抗匹配单元中的电感、电容均采用片上集成方式，同管芯形成整体结构，共同制作在同一衬底上。4.根据权利要求1所述的一种基于片上预匹配技术的大功率管芯，其特征在于：所述的LC阻抗匹配单元中的电感采用微带线或螺旋电感实现，电容采用片上MIM电容实现。5.根据权利要求1所述的一种基于片上预匹配技术的大功率管芯，其特征在于：所述的多个LC阻抗匹配单元构成的预匹配网络的级数是一级、两级或者多级。6.根据权利要求1所述的一种基于片上预...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾黎明，奚红杰，杨宝金，唐世军，王帅，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：