氮化镓基低漏电流悬臂梁开关乙类推挽功率放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了GaN(氮化镓）基低漏电流悬臂梁开关MESFET(金属-半导体场效 应晶体管）乙类推挽功率放大器，属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术的发展，人们在某些电子系统中需要输出较大的功率，例如在家用 音响系统往往需要把声频信号的功率提高到几瓦到几十瓦。在一般的多级放大电路中，除 了有电压放大电路，也需要一个向负载提供功率的放大电路。功率放大电路分为甲类，乙类 等。甲类放大电路中，电源持续不断的给负载输送功率，信号越大，输送给负载的功率越多， 即使在理想状态下，甲类功放的效率最高也只能达到50%，其中静态电流是造成甲类功放 效率不高的主要因素。而乙类功率放大器把静态工作点向下移动，使信号等于零时电源输 出功率也等于零，这样电源供给功率以及管耗都随着输出功率的大小而变，提高了效率。随 着集成电路的发展，芯片的规模变得很大，人们对于芯片的功耗越来越重视。太高的功耗会 对芯片的散热材料提出更高的要求，还会使芯片的性能受到影响。所以，对于功率放大器的 低功耗的设计在集成电路的设计中显得越来越重要。
[0003] 传统MESFET在工作态时栅极与衬底之间具有较大的栅极漏电流，本发明即是基 于GaN工艺设计了一种具有极低的漏电流的GaN基悬臂梁开关MESFET乙类推挽功率放大 器，可以有效地降低乙类推挽功率放大器中晶体管的栅极漏电流，降低乙类推挽功率放大 器的功耗。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是提供氮化镓基低漏电流悬臂梁开关乙类推挽功率放 大器，可以使栅极漏电流得到有效的降低，同时该乙类功率放大器输出端LC回路并联了具 有负阻特性的交叉耦合的悬臂梁开关MESFET对管，能够补偿LC回路中电感的寄生电阻，从 而提高本发明的乙类推挽功率放大器输出端LC回路的品质因素。
[0005] 技术方案：本发明的一种氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET乙类推挽功率放 大器由第一悬臂梁开关N型MESFET，第二悬臂梁开关N型MESFET，第三悬臂梁开关N型 MESFET和悬臂梁开关P型MESFET，恒流源，LC回路构成，该功率放大器使用的第一悬臂梁开 关N型MESFET,第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET基于GaN衬底， 其输入引线是利用金制作，源极和漏极由金属和重掺杂N区形成欧姆接触构成，栅极由钛/ 铂/金合金和N型有源层形成肖特基接触构成，在悬臂梁开关N型MESFET的栅极上方悬浮 着悬臂梁开关，交流信号加载在悬臂梁开关上，该悬臂梁开关由钛/金/钛制作，悬臂梁开 关两个锚区制作在半绝缘GaN衬底上，在悬臂梁开关与衬底之间存在下拉电极，下拉电极 由氮化硅材料覆盖，第二悬臂梁开关N型MESFET、第三悬臂梁开关N型MESFET的下拉电极 接地，第一悬臂梁开关N型MESFET的下拉电极通过高频扼流圈接电源-V2,第一悬臂梁开关 N型MESFET的漏极通过引线和高频扼流圈接到电源+V1上；该功率放大器使用的悬臂梁开 关P型MESFET基于GaN衬底，其输入引线是利用金制作，源极和漏极由金属和重掺杂P区 形成欧姆接触构成，栅极由金属钛/铂/金合金和P型有源层形成肖特基接触构成，在悬臂 梁开关P型MESFET(2)的栅极上方悬浮着悬臂梁开关，交流信号加载在悬臂梁开关上，该悬 臂梁开关由钛/金/钛制作，悬臂梁开关两个锚区制作在半绝缘GaN衬底上，在悬臂梁开关 与衬底之间存在下拉电极，下拉电极由氮化硅材料覆盖，悬臂梁开关P型MESFET的下拉电 极通过高频扼流圈接电源+V2,悬臂梁开关P型MESFET的漏极通过引线和高频扼流圈接电 源-VI上，第一悬臂梁开关N型MESFET和悬臂梁开关P型MESFE的悬臂梁开关通过锚区、 引线连在一起作为该乙类推挽式功率放大器的输入端vi，第一悬臂梁开关N型MESFET的源 极和悬臂梁开关P型MESFET的源极接在一起作为输出端vo,输出端通过一个隔直流电容与 LC回路和交叉耦合的第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET相连，第 二悬臂梁开关N型MESFET的漏极通过引线和第三悬臂梁开关N型MESFET的悬臂梁开关接 到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第三悬臂梁开关N型MESFET的漏极通过引线和 第二悬臂梁开关N型MESFET的悬臂梁开关接到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第 二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET形成交叉耦合结构，第二悬臂梁 开关NMESFET的源极和第三悬臂梁开关N型MESFET的源极连在一起并与恒流源相连，恒流 源的另一端接地，LC回路接在第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET 的漏极之间，悬臂梁开关N型MESFET的悬臂梁开关为宽梁，第二悬臂梁开关N型MESFET和 第三悬臂梁开关N型MESFET的悬臂梁开关为窄梁。
[0006]悬臂梁开关MESFET基于GaN衬底，设计第一悬臂梁开关N型MESFET和悬臂 梁开关P型MESFET的阈值电压VT的绝对值相等并且|VT|〈 |VA|，同时设计第 一悬臂梁开关N型MESFET和悬臂梁开关P型MESFET的悬臂梁下拉电压的绝对值为 Vpullin，|VA-V2 | <Vpullin〈 |VA+V2 |，其中，VA是vi的幅值，由于悬臂梁开关N型 MESFET的下拉电压比第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET大，设计 第一悬臂梁开关N型MESFET的悬臂梁开关为宽梁，第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬 臂梁开关N型MESFET的悬臂梁开关为窄梁，该乙类推挽功率放大器工作时，将交流信号通 过锚区加载到第一悬臂梁开关N型MESFET和悬臂梁开关P型MESFET的悬臂梁开关之间， 当输入信号处于正半周期时，第一悬臂梁开关N型MESFET的悬臂梁与其下拉电极板之间电 压为|VA+V2 |，大于第一悬臂梁开关N型MESFET的悬臂梁下拉电压为Vpullin，因此，第 一悬臂梁开关N型MESFET的悬臂梁下拉与第一悬臂梁开关N型MESFET的栅极贴紧，此时 加载在栅极上的电压VA大于阈值电压VT，第一悬臂梁N型MESFET导通，而悬臂梁开关P型 MESFET的悬臂梁与其下拉电极板之间电压为|VA-V2 |，小于悬臂梁下拉电压为Vpullin， 因此悬臂梁开关P型MESFET的悬臂梁开关是悬浮在栅极上方，因此悬臂梁开关P型MESFET 关断，当输入信号处于负半周期时情况则相反，这样就使该乙类推挽功率放大器中的第一 悬臂梁开关N型MESFET和悬臂梁开关P型MESFET随着输入信号的变化处于交替导通与关 断，第一悬臂梁开关N型MESFET和悬臂梁开关P型MESFET的关断意味着其悬臂梁开关处 于悬浮状态，没有栅极漏电流；该乙类功率放大器输出端接LC回路和交叉耦合的第二悬臂 梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET，其中，第二悬臂梁开关N型MESFET和 第三悬臂梁开关N型MESFET的阈值电压VT相等，且与它的悬臂梁下拉电压Vpullin相等； 当第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET的悬臂梁开关与下拉电极 板间的电压大于阈值电压VT的绝对值，悬臂梁开关被下拉到栅极上，悬臂梁开关与栅极短 接，同时栅极与源极间的电压也大于阈值电压VT，第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂 梁开关N型MESFET导通；当第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET的 悬臂梁开关和下拉电极板之间的电压小于阈值电压VT，悬臂梁开关是悬浮在栅极上方，处 于截止，该第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET在稳定工作时，两个 第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET交替导通与关断，当第二悬臂 梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N型MESFET关断时，悬臂梁处于悬浮状态，也就没有 栅极漏电流，从而降低了电路的功耗，该第二悬臂梁开关N型MESFET和第三悬臂梁开关N 型MESFET能够提供负阻给LC回路，从而补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高该乙类 推挽功放输出端LC回路的品质因素，并且GaN基的MESFET具