[发明专利]氮化镓基低漏电流悬臂梁开关乙类推挽功率放大器

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

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-V1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。