內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管，包括晶體管(14)、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；其特征在于，所述穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)由電阻(3)、電容(6)、第一電感(7)和第二電感(8)串聯(lián)構(gòu)成，其兩端分別與所述晶體管(14)的柵極(9)和漏極(10)相連。本實(shí)用新型專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于提高了高頻大功率晶體管的穩(wěn)定性：通過串聯(lián)在器件的柵極與漏極間穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，提高了功率管輸入輸出之間的隔離度，從而改善高頻大功率晶體管的穩(wěn)定性；改善了高頻大功率晶體管輸入阻抗的Q值，為寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計提供了便利；無需額外增加封裝管殼的尺寸，提高了管殼空間利用率，給寬帶輸入輸出內(nèi)匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計提供了較大的自由度。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及功率器件領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管。技術(shù)背景 大尺寸微波功率晶體管由于工作頻率高、管芯的輸入輸出阻抗較低，寄生效應(yīng)影響嚴(yán)重，使得阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計越來越困難，若直接將管芯裝入管殼封裝，加上管殼分布參數(shù)的影響，使得它與特性阻抗為50ohm的微波系統(tǒng)匹配更加困難，大大限制了晶體管的功率輸出和工作帶寬。因此對微波功率管發(fā)展了一種內(nèi)匹配技術(shù)，即在封裝管殼內(nèi)部采用MIM電容(金屬-絕緣體-金屬電容)和鍵合線構(gòu)成阻抗匹配電路，直接與晶體管管芯相連，減少寄生參量的影響。另一方面，在大尺寸微波功率晶體管的研制中，隨著功率器件尺寸的不斷增大，功率器件出現(xiàn)增益高、相位不一致性高、寄生效應(yīng)嚴(yán)重等問題，很可能導(dǎo)致各種振蕩，從而直接影響到高頻功率器件的正常工作，甚至導(dǎo)致其燒毀。為了提高功率晶體管的穩(wěn)定性，通常在晶體管柵極端口串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以很好的改善晶體管的穩(wěn)定性，但是它極大的限制了晶體管輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的帶寬，而且有時非常不便于裝配；如果將RC網(wǎng)絡(luò)加載在射頻信號輸入端口，裝配簡單易行，而且對晶體管的輸入阻抗影響較小，但是這種連接方式并不能改善很多高增益微波功率晶體管的穩(wěn)定性。另一種方式是在晶體管柵極并接一個小電阻與電感、電容的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，該方式對晶體管輸入阻抗的影響較小，但是小電阻，比如5歐姆以下的電阻，對薄膜電阻的制作工藝要求較高，不經(jīng)濟(jì)實(shí)用，有些工藝甚至不能提供此量級的電阻。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對上述問題，本技術(shù)提供了一種內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管，其裝配簡單易行，并具有寬工作頻帶的潛力。根據(jù)本技術(shù)的一個方面，提供一種內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管，包括晶體管、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；其特征在于，所述穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)由電阻、電容、第一電感和第二電感串聯(lián)構(gòu)成，其兩端分別與所述晶體管的柵極和漏極相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)提高了高頻大功率晶體管的穩(wěn)定性通過串聯(lián)在器件的柵極與漏極間穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，提高了功率管輸入輸出之間的隔離度，從而改善高頻大功率晶體管的穩(wěn)定性；改善了高頻大功率晶體管輸入阻抗的Q值，為寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計提供了便利；無需額外增加封裝管殼的尺寸，提高了管殼空間利用率，給寬帶輸入輸出內(nèi)匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計提供了較大的自由度。附圖說明通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本技術(shù)的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯圖I為根據(jù)本技術(shù)的內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管的俯視圖；圖2為根據(jù)本技術(shù)的內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管的等效電路圖；圖3為根據(jù)本技術(shù)的內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管的穩(wěn)定系數(shù)K因子的仿真數(shù)據(jù)圖。圖4為根據(jù)本技術(shù)的內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管的小信號S參數(shù)仿真數(shù)據(jù)圖。附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。 具體實(shí)施方式下面詳細(xì)描述本技術(shù)的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本技術(shù)，而不能解釋為對本技術(shù)的限制。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本技術(shù)的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本技術(shù)。此外，本技術(shù)可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本技術(shù)提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本技術(shù)省略了對公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本技術(shù)。下面，將結(jié)合圖I和圖2，對內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管進(jìn)行具體地描述。參考圖1，本技術(shù)提供一種內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管，包括晶體管14、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；其特征在于，所述穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)由電阻3、電容6、第一電感7和第二電感8串聯(lián)構(gòu)成，其兩端分別與所述晶體管14的柵極9和漏極10相連。所述電容6、電阻3及其兩個電極制作在基片2上，并與所述晶體管14 一起裝配在封裝管殼中間的載臺I上。所述載臺I的寬度大于所述晶體管14和基片2兩者寬度的較大值。所述電阻3可以為多晶硅薄膜，所述電極的材料可以為金屬，所述基片2的材料可以為氧化鋁陶瓷。所述電容6的下極板與電阻3的第一電極4相連，所述第一電極4的尺寸大于電容6的下極板的尺寸。所述晶體管14除了在沿載臺I的縱向上具有多個柵極焊盤外，在靠近穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的位置引出了一個柵極焊盤。所述電阻3的第二電極5經(jīng)第二電感8與所述晶體管14的柵極9相連，所述電容6的上極板經(jīng)第一電感7與所述晶體管14的漏極10相連。所述第一電感7和第二電感8可以為鍵合線，其長度和數(shù)量由其電感值決定。所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)裝配在載臺I兩側(cè)，所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)經(jīng)電感12和13與所述晶體管14的柵極9相連，所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)經(jīng)電感11與所述晶體管14的漏極10相連，從而完成整個內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管的實(shí)現(xiàn)。其中，所述電感11、12和13可以為鍵合線，所述電感12和13是所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分，所述電感11是所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分。參考圖2，以共源極GaN HEMT(高電子遷移率晶體管)放大電路為例(即源極接地)，與所述晶體管14的側(cè)邊柵極焊盤9和漏極10相連的電阻3的阻值為R，電容6的容值為C，第一電感7的電感值為L2，第二電感8的電感值為LI。通過優(yōu)化所述四個元件構(gòu)成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，可以補(bǔ)償晶體管14增益隨頻率變化的滾降特性，使低頻端高增益壓低。同時電感L1、L2抑制高頻段的反饋，以維持高頻段增益少受影響。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與晶體管14之間連接的電感12、13的總電感值為L3，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與晶體管14之間連接的電感11的電感值為L4，L3和L4都是匹配電路的一部分，其電感值直接影響到晶體管14的輸入輸出阻抗值。參考圖3，本技術(shù)的內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管的穩(wěn)定因子K在很寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)K>1。如其中細(xì)虛線所示，功率器件柵極與漏極之間加穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)前，K因子在X波段(8-12. 5GHz)工作頻率范圍都小于1，存在極大的振蕩隱患；串接穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)后，功率器件的K因子在3. 5GHz以上都大于1，如圖中粗實(shí)線所示。另外，如圖4所示，本技術(shù)的內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管由于串接穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)對輸入阻抗Q值的改善，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)具有較寬的頻帶，在9. 7GHz到12. 8GHz范圍內(nèi)，Sll都小于-10dB。 雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本技術(shù)的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本技術(shù)保護(hù)范圍內(nèi)的同時，工藝步驟的次序可以變化。此外，本技術(shù)的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本技術(shù)的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本技術(shù)描述的對應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本技術(shù)可以對本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種內(nèi)匹配的高頻大功率晶體管，包括晶體管(14)、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；其特征在于，所述穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)由電阻(3)、電容(6)、第一電感(7)和第二電感(8)串聯(lián)構(gòu)成，所述穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)兩端分別與所述晶體管(14)的柵極(9)和漏極(10)相連。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：戈勤，鄭英奎，彭銘曾，劉新宇，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院微電子研究所，
類型：實(shí)用新型
國別省市：