GaN衬底，其输入引线（4)是利用金制作，源极（10)和漏极（12)由金 属和重掺杂N区形成欧姆接触构成，栅极（5)由钛/铂/金合金和N型有源层（11)形成肖 特基接触构成，在悬臂梁开关N型MESFET的栅极（5)上方悬浮着悬臂梁开关（6)，交流信 号加载在悬臂梁开关（6)上，该悬臂梁开关（6)由钛/金/钛制作，悬臂梁开关（6)两个 锚区（7)制作在半绝缘GaN衬底（3)上，在悬臂梁开关（6)与衬底之间存在下拉电极（8)， 下拉电极（8)由氮化硅材料（9)覆盖，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)、第三悬臂梁开关 N型MESFET(20)的下拉电极（8)接地，第一悬臂梁开关N型MESFET(I)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(I)的漏极（12)通过引线（14)和高频 扼流圈接到电源+Vl上；该功率放大器使用的悬臂梁开关P型MESFET(2)基于GaN衬底，其 输入引线（4)是利用金制作，源极（17)和漏极（16)由金属和重掺杂P区形成欧姆接触构 成，栅极（5)由金属钛/铂/金合金和P型有源层（15)形成肖特基接触构成，在悬臂梁开 关P型MESFET(2)的栅极（5)上方悬浮着悬臂梁开关（6)，交流信号加载在悬臂梁开关（6) 上，该悬臂梁开关（6)由钛/金/钛制作，悬臂梁开关（6)两个锚区（7)制作在半绝缘GaN 衬底（3)上，在悬臂梁开关（6)与衬底之间存在下拉电极（8)，下拉电极（8)由氮化硅材料 (9)覆盖，悬臂梁开关P型MESFET(2)的下拉电极（8)通过高频扼流圈接电源+V2,悬臂梁 开关P型MESFET的漏极（16)通过引线（14)和高频扼流圈接电源-Vl上，第一悬臂梁开 关N型MESFET(I)和悬臂梁开关P型MESFET(2)的悬臂梁开关（6)通过锚区（7)、引线（4) 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(I)的源 极（10)和悬臂梁开关P型MESFET(2)的源极（17)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(19)和第三悬臂梁开关 N型MESFET(20)相连，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)的漏极（12)通过引线（14)和第 三悬臂梁开关N型MESFET(20)的悬臂梁开关（6)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(20)的漏极（12)通过引线（14)和第二悬臂梁开关N型 MESFET(19)的悬臂梁开关（6)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(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)形成交叉耦合结构，第二悬臂梁开关 NMESFET(19)的源极（10)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的源极（10)连在一起并与恒 流源（18)相连，恒流源（18)的另一端接地，LC回路接在第二悬臂梁开关N型MESFET(19) 和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的漏极（12)之间，悬臂梁开关N型MESFET(I)的悬臂 梁开关（6)为宽梁，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20) 的悬臂梁开关（6)为窄梁。2. 根据权利要求1所述的氮化镓基低漏电流悬臂梁开关乙类推挽功率放大器，其特 征在于，悬臂梁开关MESFET基于GaN衬底，设计第一悬臂梁开关N型MESFET(1)和悬臂 梁开关P型MESFET(2)的阈值电压VT的绝对值相等并且IVTI〈IVAI，同时设计第 一悬臂梁开关N型MESFET(I)和悬臂梁开关P型MESFET(2)的悬臂梁下拉电压的绝对值 为Vpullin，IVA-V2I<Vpullin〈IVA+V2I，其中，VA是vi的幅值，由于悬臂梁开 关N型MESFET(I)的下拉电压比第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)大，设计第一悬臂梁开关N型MESFET(I)的悬臂梁开关为宽梁，第二悬臂梁开 关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)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(1)和悬臂梁 开关P型MESFET(2)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(I)的悬臂梁与其下拉电极板之间电压为IVA+V2I，大于第一悬臂梁开关N型 MESFET(I)的悬臂梁下拉电压为Vpullin，因此，第一悬臂梁开关N型MESFET(I)的悬臂梁 下拉与第一悬臂梁开关N型MESFET(1)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(I)导通，而悬臂梁开关P型MESFET(2)的悬臂梁与其 下拉电极板之间电压为IVA-V2 |，小于悬臂梁下拉电压为Vpullin，因此悬臂梁开关P型 MESFET(2)的悬臂梁开关是悬浮在栅极上方，因此悬臂梁开关P型MESFET(2)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(I)和悬臂梁开关P型MESFET(2)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(I)和悬臂梁开关P型MESFET(2)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(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)，其中，第二悬臂梁开关N型 MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的阈值电压VT相等，且与它的悬臂梁下拉 电压VpulIin相等；当第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20) 的悬臂梁开关（6)与下拉电极板（8)间的电压大于阈值电压VT的绝对值，悬臂梁开关（6) 被下拉到栅极（5)上，悬臂梁开关（6)与栅极（5)短接，同时栅极（6)与源极（10)间的电压 也大于阈值电压VT，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20) 导通；当第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的悬臂梁开 关（6)和下拉电极板⑶之间的电压小于阈值电压VT，悬臂梁开关（6)是悬浮在栅极（5) 上方，处于截止，该第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)在 稳定工作时，两个第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)交替 导通与关断，当第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)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(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)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具有高电子迀移率，能够满足射频信号下电路正常工作的需要。
【专利摘要】本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁开关乙类推挽功率放大器，该乙类推挽功率放大器是由三个具有悬臂梁开关N型MESFET，一个具有悬臂梁开关P型MESFET，LC回路组成。三个悬臂梁开关N型MESFET区别仅在于它们的悬臂梁开关的形状不同，第一悬臂梁开关N型MESFET(1)的悬臂梁开关为宽梁，到第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的悬臂梁开关为窄梁。该功率放大器使用的悬臂梁开关MESFET基于GaN衬底，源极和漏极由金属和重掺杂N区形成欧姆接触构成，栅极由金属和沟道区形成肖特基接触构成，在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，从而提高本发明的乙类推挽功放输出端LC回路的品质因素。
【IPC分类】H03F1/02, H03F3/26, H03F3/20
【公开号】CN104935263
【申请号】CN201510379774
【发明人】廖小平, 王小虎
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年7月1日