[发明专利]具有保护反馈电路的高功率放大器电路

说明书

本发明描述了一种放大器电路，用于提供至少100W、优选至少200W、最优选至少250W的输出，包括场效应晶体管(111、113)。场效应晶体管(111、113)的漏极与保护反馈电路(400)连接。保护反馈电路(400)被设置用于：如果场效应晶体管(111、113)的栅极和漏极之间的电压超过反馈阈值电压(355)，则减小场效应晶体管(111、113)的漏极处的过电压能量。本发明还描述了一种包括放大器电路的射频放大器、包括射频放大器的电射频发生器、和包括电射频发生器的等离子处理系统。本发明最后描述了一种保护放大器电路中的场效应晶体管(111、113)的方法。

技术领域

本发明涉及一种包括保护反馈电路的放大器电路，该保护反馈电路被布置为保护场效应晶体管(FET)、例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以防止破坏性击穿。本发明还涉及一种包括这种放大器电路的射频放大器装置、包括该射频放大器装置的电射频发生器、和包括该电射频发生器的等离子体处理系统。本发明最后涉及一种保护场效应晶体管的方法。

背景技术

FET尤其是MOSFET有许多失效机制。如果栅极和源极之间的电压太高，则可能损坏栅极的隔离层。另一种失效机制可能是FET过热，这可能是由例如负载的阻抗失配引起的。此外，如果漏极和源极之间的电压变得太高，则可能发生漏源击穿。漏源击穿可以表征为穿通、雪崩击穿、或骤回(snap back)。每个都描述不同的漏源击穿机制，其中特别是在高功率和高频应用中难以识别哪个机制损坏了FET。

发明内容

本发明的目的是提供一种更稳健的放大器电路。本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利的实施例。

根据第一方面，提供了一种放大器电路，其用于提供至少100W、优选至少200W、最优选至少250W的输出。放大器电路包括场效应晶体管(FET)。FET的漏极与保护反馈电路连接。保护反馈电路被布置为：如果FET的栅极和漏极之间的电压超过反馈阈值电压，则减小FET的漏极处的过电压能量。

用于高频应用(标称工作频率在1MHz和100MHz之间，特别是在5MHz和85MHz之间)的放大器或放大器装置，在例如等离子体处理应用(例如使用等离子体腔)中，必须承受负载阻抗的变化。即使负载阻抗的短暂失配(等离子体中的电弧放电)也可能引起功率的反射，使得放大器所包括的FET的漏极处的峰值电压可能是几倍的电源电压。放大器电路可以包括高强度的FET，其被布置为通过将过电压能量的一部分转换为热来承受例如这种过电压。尽管FET具有这种特性，但也存在传统放大器电路中的一个或多个高强度的FET会被损坏的极少数情况。详细的实验研究表明，例如，在等离子体中的电弧放电期间，存储在匹配网络中的能量被反射回放大器电路(或更确切地说是包括放大器电路的高频发生器)。如果反射和入射电压波的相位相长叠加(漏极处的过电压)，则漏极处的能量变得太高并且一个或多个FET在几个高频周期内被损坏。一个简单的解决方案是通过具有更高漏极电压额定值(如果可用)的FET来替换所述FET，或通过组合更多具有更低输出功率的放大器。该解决方案成本高并且位置消耗大。

保护反馈电路与漏极电连接，并且能够在非常短的时间周期内耗散过电压能量的至少一部分。保护反馈电路优选地被布置为在少于三个或甚至两个高频周期内降低所述过电压能量。

保护反馈电路可以优选地将FET的漏极与FET的栅极电连接。漏极和源极之间的过电压很关键，可能会导致FET损坏。在漏极和源极之间存在过电压的情况下，源极和栅极之间的电压为0伏特左右。因此，栅极和漏极之间的电压基本上与漏极和栅极之间的电压相同。因此，漏极和栅极之间的电压可用于控制保护反馈电路。在FET的漏极和栅极之间借助于保护反馈电路的电连接使得能够使用FET的可控传导性来降低漏极处的过电压能量。