[发明专利]基于PIN二极管的单刀单掷微波开关电路及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子中微波电路技术领域，尤其涉及一种基于PIN二极管的单刀单掷微波开关电路及其制作方法。

背景技术

PIN二极管是微波控制电路中应用最普遍的一种器件，其特点是可控功率大、插入损耗小以及可以得到近似短路和开路的良好特性，可应用于开关电路、限幅器、移相器、衰减器和调制器等控制电路中。

相对于传统的Si PIN二极管，砷化镓(GaAs)PIN二极管的高频特性更为优越，因此基于GaAs的PIN二极管微波开关在微波系统中有广泛的应用。

PIN二极管在微波开关中的工作原理是其在不同偏置电压下表现的不同电性能：定义P型层引出电极为正极，N型层引出电极为负极。则在正向偏压下，二极管导通阻抗很小，可以近似为短路(其等效电路为一个小的电阻)；反向偏压下，阻抗很高，近似为开路(等效电路为一个小的电容)。

通常情况下，为了获得更理想的微波性能(主要是为了获得更高的隔离度)，基于PIN二极管的单刀单掷微波开关采用串并联结合的方式。如图1所示，图1为目前常见的基于PIN二极管的单刀单掷开关电路的示意图。其中串联PIN二极管和并联PIN二极管的数量和参数由电路性能的总体要求来决定。

在图1中，当开关处于导通状态时，串联PIN二极管导通，偏置电压为正，而并联PIN二极管截止，偏置电压为负；当开关截止时，串联PIN二极管截止，并联PIN二极管导通，各个二极管所需偏置电压与开关导通时相反。PIN二极管的伏安特性如图2所示，图2为PIN二极管的I-V曲线图。

由于电路PIN二极管偏置状态不同，现有技术中通常用电容隔绝各个PIN二极管之间的直流通路，对每个PIN二极管单独施加偏置电压。这种电路结构存在固有的缺陷：

1)额外的电容使开关微波性能恶化、电路匹配难度加大；

2)电路结构复杂，芯片面积增大。在微波单片电路中，芯片面积增加意味着成本的提高；

3)外围控制电路复杂。在现有技术中，串并联结合结构的单刀单掷开关至少需要两个以上的电压控制端。这意味着系统需要提供多个控制信号才能控制开关的通断。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种基于PIN二极管的单刀单掷微波开关电路，以改善开关电路的微波性能，降低电路的匹配难度，简化电路结构及外围控制电路。

本发明的另一个目的在于提供一种基于PIN二极管的单刀单掷微波开关电路的制作方法，以改善开关电路的微波性能，降低电路的匹配难度，简化电路结构及外围控制电路。

(二)技术方案

为达到上述一个目的，本发明提供了一种基于PIN二极管的单刀单掷微波开关电路，该电路包括四个PIN二极管、三个限流电阻、两个隔直电容和一个电压控制端；

所述电压控制端通过第一限流电阻R1分别与第一PIN二极管D1的正极、第二PIN二极管D2的正极、第三PIN二极管D3的负极以及第四PIN二极管D4的负极连接；

所述第一PIN二极管D1的负极分别与第一隔直电容C1和第二限流电阻R2连接，第一隔直电容C1的另一端接电路的输入端，第二限流电阻R2的另一端接地；

所述第二PIN二极管D2的负极分别与第二隔直电容C2和第三限流电阻R3连接，第二隔直电容C2的另一端接电路的输出端，第三限流电阻R3的另一端接地；

所述第三PIN二极管D3的正极和第四PIN二极管D4的正极分别接地。

所述第一PIN二极管D1与第二PIN二极管D2串联连接，二者的正极直接连接。

所述第三PIN二极管D3与第四PIN二极管D4并联连接。

该电路关于所述电压控制端呈左右对称结构。

为达到上述另一个目的，本发明提供了一种基于PIN二极管的单刀单掷微波开关电路的制作方法，该方法包括：

A、在半绝缘的砷化镓(GaA)衬底上外延生长高掺杂的N⁺层；

B、在N⁺层上依次外延生长接近本征的高阻层I和P⁺层；

C、依次刻蚀减小所述高掺杂N⁺层、高阻I层和P⁺层的面积，形成台面结构；

D、在P⁺层和N⁺层上分别蒸发金属形成PIN二极管的上电极和下电极；

E、采用RTP法完成P⁺层和N⁺层欧姆接触；