台湾专利TW201324742A 功率放大器

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专利摘要:
【課題】本發明之目的在於提供一種可易於控制吸收振盪電力之電阻之電阻值的功率放大器。【解決手段】本發明之功率放大器10係包括：形成複數個電晶體單元的半導體基板12；形成於該半導體基板上之該複數個電晶體單元的汲極40；汲極墊42，係以與該汲極連接的方式形成於該半導體基板上；離子注入電阻44，係以沿著該汲極墊與該汲極墊接觸的方式形成於該半導體基板；浮動電極46，係以經由該離子注入電阻與該汲極墊接觸的方式形成於該半導體基板上；形成於該半導體基板之外部的輸出匹配電路16；及配線18a、18b、18c、18d，係連接該汲極墊與該輸出匹配電路。
公开号:TW201324742A
申请号:TW101110508
申请日:2012-03-27
公开日:2013-06-16
发明作者:Shinichi Miwa；Yoshihiro Tsukahara；Ko Kanaya；Naoki Kosaka
申请人:Mitsubishi Electric Corp；
IPC主号:H03F1-00

专利说明:
功率放大器
本發明係有關於將例如在移動體通信所使用之高頻信號等的功率放大器。
專利文獻1所揭示的功率放大器係具有晶片，而該晶片係具有複數個電場效應電晶體(FET)。在晶片內，為了抑制在晶片上形成閉迴路的振盪(迴路振盪)，與該閉迴路並聯地形成電阻體。該電阻體係以由外延層所構成的電阻(以後稱為外延電阻)形成。 [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-148616號公報 [非專利文獻]
[非專利文獻1]W. Struble and A. Plakzer,“A Rigorous Yet Simple Method For Determining Stability of Linear N-port Networks”IEEE GaAsICSymp. Dig., pp. 251~254, 1993.
[非專利文獻2]S. Mons, et al.“A Unified Approach for Linear and Nonlinear Stability Analysis of Microwave Circuits Using Commercially Available Tools,”IEEE Trans. Microwave Theory and Tech, vol. MTT-47, no. 12, pp. 2403-2409, 1999.
在為吸收迴路振盪之振盪電力，以抑制迴路振盪，上述之電阻體的電阻值係約數歐姆~數十歐姆較佳。可是，在在專利文獻1所揭示的功率放大器，因為以外延電阻形成電阻體，所以可能難控制電阻體的電阻值。
本發明係為了解決如上述所示的課題而開發的，其目的在於提供一種可易於控制吸收振盪電力之電阻之電阻值的功率放大器。
本發明的功率放大器，其特徵在於包括：形成複數個電晶體單元的半導體基板；形成於該半導體基板上之該複數個電晶體單元的汲極；汲極墊，係以與該汲極連接的方式形成於該半導體基板上；離子注入電阻，係以沿著該汲極墊與該汲極墊接觸的方式形成於該半導體基板上；浮動電極，係以經由該離子注入電阻與該汲極墊接觸的方式形成於該半導體基板上；形成於該半導體基板之外部的輸出匹配電路；及配線，係連接該汲極墊與該輸出匹配電路。
若依據本發明，因為將離子注入電阻與閉迴路連接，所以易於控制吸收振盪電力之電阻的電阻值。第1實施形態
第1圖係本發明之第1實施形態之功率放大器的電路圖。功率放大器10具有半導體基板12。半導體基板12係以GaN所形成的晶片。基板12係由複數個電晶體單元所形成，複數個電晶體單元係意指與第1電晶體單元12a、與第1電晶體單元12a相鄰的第2電晶體單元12b、與第2電晶體單元12b相鄰的第3電晶體單元12c、及與第3電晶體單元12c相鄰的第4電晶體單元12d。複數個電晶體單元12a、12b、12c、12d係以電場效應電晶體(FET)所形成。複數個電晶體單元12a、12b、12c、12d係為了在保持功率放大器10之高頻特性下得到高輸出，而與功率放大器之輸出入間並聯。
在複數個電晶體單元12a、12b、12c、12d的閘極側，連接輸入匹配電路14。輸入匹配電路14形成於半導體基板12的外部。在複數個電晶體單元12a、12b、12c、12d的汲極側，連接輸出匹配電路16。輸出匹配電路16形成於半導體基板12的外部。
第2圖係表示本發明之第1實施形態之半導體基板與輸出匹配電路的平面圖。閘極RF墊20形成於半導體基板12上。閘極RF墊20係與閘極拉出電極22連接。閘極拉出電極22係與閘極回饋部24連接。梳齒狀的閘極指26形成於閘極回饋部24。
以隔著閘極RF墊20的方式將源極墊30形成於半導體基板12上。梳齒狀的源極32與源極墊30連接。複數個電晶體單元12a、12b、12c、12d之汲極40形成於半導體基板12上。汲極40形成梳齒狀。由汲極40、閘極指26及源極32構成電晶體單元的電極。與汲極40連接的汲極墊42形成於半導體基板12上。汲極墊42係以具有長度方向與寬度方向的方式細長地形成。沿著汲極墊42之長度方向連接汲極40。複數個電晶體單元12a、12b、12c、12d之全部的汲極40與一個汲極墊42連接。
以沿著汲極墊42之長度方向與汲極墊42接觸的方式將離子注入電阻44形成於半導體基板12。離子注入電阻44係藉由將雜質離子注入半導體基板12，並實施熱處理所形成。離子注入電阻44對在半導體基板12上產生迴路振盪的閉迴路並列地附加約數歐姆~數十歐姆之電阻值的電阻。
以經由離子注入電阻44與汲極墊42接觸的方式將浮動電極46形成於半導體基板12上。藉此，離子注入電阻44係沿著長度方向被汲極墊42與浮動電極46夾著。
輸出匹配電路16具有墊16a。汲極墊42與墊16a係以銲線18a、18b、18c、18d連接。第3圖係在第2圖之Ⅲ-Ⅲ虛線的剖面箭號圖。在第3圖，表示形成於半導體基板12的離子注入電阻44與汲極墊42接觸。本發明之第1實施形態的功率放大器具有上述的構成。
因為在形成於半導體基板12上之電晶體單元的個數愈多愈接近的電晶體單元間形成多個閉迴路，所以易產生迴路振盪。可是，若依據本發明之第1實施形態的功率放大器10，與在半導體基板12上產生迴路振盪的閉迴路並列地形成離子注入電阻44。因此，使離子注入電阻44作為電晶體單元間的並聯電阻發揮功能，而可抑制在半導體基板12上所產生之所有的模式的迴路振盪。此外，在電晶體單元間所形成之電阻有的被稱為隔離電阻。
而且，因為藉離子注入量或離子注入量量等可易於控制離子注入電阻44的電阻值，所以可易於實現抑制迴路振盪所需之約數歐姆~數十歐姆的電阻值。尤其，即使在作為半導體基板12使用GaN等之外延片電阻高之材料的情況，亦可易於形成具有約數歐姆~數十歐姆之電阻值的電阻。又，因為銲線18a、18b、18c、18d係越過離子注入電阻44而連接，所以可避免離子注入電阻44對功率放大器10之增益或輸出功率等之諸特性的影響。
第4圖係表示以倪奎士判別法模擬有無迴路振盪之結果的圖。倪奎士判別法係將在各頻率之電晶體的迴路增益(loop gain)畫在極性圖上，並根據該軌跡是否具有與負實軸之交點判別有無振盪的方法(參照非專利文獻1、2)。第4A圖表示未具有本發明之第1實施形態的離子注入電阻44之功率放大器的模擬結果。此情況之迴路增益的軌跡係在7.6GHz附近與負的實軸具有交點，並部分滿足振盪條件。
第4B圖表示形成本發明之第1實施形態的離子注入電阻44之情況的模擬結果。此情況之迴路增益的軌跡係在全部的頻率未與負的實軸相交。即，藉離子注入電阻44可吸收迴路振盪的振盪電力。此外，這些模擬係對並聯形成32個電晶體單元的半導體基板所實施。
在本發明之第1實施形態的功率放大器10，電晶體單元係以FET所形成，但是例如亦可以雙極性電晶體等其他的電晶體形成。又，半導體基板12係以GaN形成，但是亦可例如以GaAs等其他的材料形成。亦可將銲線18a、18b、18c、18d置換成用於電性連接之其他的配線。第2實施形態
因為本發明之第2實施形態的功率放大器與本發明之第1實施形態之功率放大器的共同點多，所以主要說明與本發明之第1實施形態之功率放大器的相異點。第5圖係表示本發明之第2實施形態之半導體基板與輸出匹配電路的平面圖。
以經由浮動電極46與離子注入電阻44接觸的方式將追加離子注入電阻50形成於半導體基板12。追加離子注入電阻50係藉由將雜質離子注入半導體基板12，並實施熱處理所形成。
以經由追加離子注入電阻50與浮動電極46接觸的方式將追加浮動電極52形成於半導體基板12。而且，汲極墊42與浮動電極46係以銲線60、62、64、66連接。
在本發明之第1實施形態之功率放大器的情況，在形成離子注入電阻後無法改變與閉迴路並聯之電阻的電阻值。可是，若依據本發明之第2實施形態的功率放大器，在形成離子注入電阻後亦可變更與閉迴路並聯之電阻的電阻值。即，根據銲線60、62、64、66的有無，可實現2種電阻值。此外，本發明之第2實施形態的功率放大器係至少可與本發明之第1實施形態同程度的變形。第3實施形態
因為本發明之第3實施形態的功率放大器與本發明之第1實施形態之功率放大器的共同點多，所以主要說明與本發明之第1實施形態之功率放大器的相異點。第6圖係表示本發明之第3實施形態之半導體基板與輸出匹配電路的平面圖。
本發明之第3實施形態的功率放大器係特徵在於在各電晶體單元具有獨立的汲極墊。本發明之第3實施形態的功率放大器具有第1汲極墊70。第1汲極墊70係第1電晶體單元12a的汲極墊。在第1汲極墊70的旁邊，與其分離地形成第2汲極墊72。第2汲極墊72係第2電晶體單元12b的汲極墊。在第2汲極墊72的旁邊，與第1、第2汲極墊70、72分離地形成第3汲極墊74。第3汲極墊74係第3電晶體單元12c的汲極墊。在第3汲極墊74的旁邊，與第1~第3汲極墊70、72、74分離地形成第4汲極墊76。第4汲極墊76係第4電晶體單元12d的汲極墊。
第1~第4汲極墊70、72、74、76係僅經由離子注入電阻44連接。例如，第1汲極墊70與第2汲極墊72係未直接接觸，而經由離子注入電阻44連接。
若依據本發明之第3實施形態的功率放大器，第1~第4汲極墊70、72、74、76僅經由離子注入電阻44連接。藉此，在形成產生迴路振盪之閉迴路的汲極墊與別的汲極墊之間串聯離子注入電阻44。因此，使離子注入電阻44作為隔離功能發揮功能，可抑制迴路振盪。在本發明之第3實施形態的功率放大器，在各電晶體單元形成獨立的汲極墊，但是亦可對各複數個電晶體單元形成一個汲極墊。此外，本發明之第3實施形態的功率放大器係至少可實現與本發明之第1實施形態同程度的變形。第4實施形態
因為本發明之第4實施形態的功率放大器與本發明之第3實施形態之功率放大器的共同點多，所以主要說明與本發明之第3實施形態之功率放大器的相異點。第7圖係表示本發明之第4實施形態之半導體基板與輸出匹配電路的平面圖。
本發明之第4實施形態的功率放大器係特徵在於離子注入電阻80延伸至第1汲極墊70與第2汲極墊72之間、第2汲極墊72與第3汲極墊74之間、及第3汲極墊74與第4汲極墊76之間。
若依據本發明之第4實施形態的功率放大器，因為離子注入電阻80延伸至汲極墊之間，所以易於控制汲極墊之間的電阻值。又，藉由變更汲極墊和與其相鄰之汲極墊的間隔，而可易於控制汲極墊之間的電阻值。此外，本發明之第4實施形態的功率放大器係至少可實現與本發明之第1實施形態同程度的變形。
10‧‧‧功率放大器
12‧‧‧半導體基板
12a、12b、12c、12d‧‧‧電晶體單元
14‧‧‧輸入匹配電路
16‧‧‧輸出匹配電路
18‧‧‧銲線
18a、18b、18c、18d‧‧‧銲線
20‧‧‧閘極RF墊
26‧‧‧閘極指
30‧‧‧源極墊
40‧‧‧汲極
42‧‧‧汲極墊
44‧‧‧離子注入電阻
46‧‧‧浮動電極
第1圖係本發明之第1實施形態之功率放大器的電路圖。
第2圖係表示本發明之第1實施形態之半導體基板與輸出匹配電路的平面圖。
第3圖係在第2圖之Ⅲ-Ⅲ虛線的剖面箭號圖。
第4圖(A)、(B)係表示以倪奎士判別法模擬有無迴路振盪之結果的圖。
第5圖係表示本發明之第2實施形態之半導體基板與輸出匹配電路的平面圖。
第6圖係表示本發明之第3實施形態之半導體基板與輸出匹配電路的平面圖。
第7圖係表示本發明之第4實施形態之半導體基板與輸出匹配電路的平面圖。
12‧‧‧半導體基板
12a、12b、12c、12d‧‧‧電晶體單元
16‧‧‧輸出匹配電路
16a‧‧‧墊
18a、18b、18c、18d‧‧‧銲線
20‧‧‧閘極RF墊
22‧‧‧閘極拉出電極
24‧‧‧閘極回饋部
26‧‧‧閘極指
30‧‧‧源極墊
32‧‧‧源極
40‧‧‧汲極
42‧‧‧汲極墊
44‧‧‧離子注入電阻
46‧‧‧浮動電極

权利要求:
Claims (5)
[1] 一種功率放大器，其特徵在於包括：形成複數個電晶體單元的半導體基板；形成於該半導體基板上之該複數個電晶體單元的汲極；汲極墊，係以與該汲極連接的方式形成於該半導體基板上；離子注入電阻，係以沿著該汲極墊與該汲極墊接觸的方式形成於該半導體基板上；浮動電極，係以經由該離子注入電阻與該汲極墊接觸的方式形成於該半導體基板上；形成於該半導體基板之外部的輸出匹配電路；及配線，係連接該汲極墊與該輸出匹配電路。
[2] 如申請專利範圍第1項之功率放大器，其中包括：追加離子注入電阻，係以經由該浮動電極與該離子注入電阻接觸的方式形成於該半導體基板；及追加浮動電極，係以經由該追加離子注入電阻與該浮動電極接觸的方式形成於該半導體基板上。
[3] 如申請專利範圍第1項之功率放大器，其中該複數個電晶體單元係具有第1電晶體單元、及與該第1電晶體單元相鄰的第2電晶體單元；該汲極墊係具有是該第1電晶體單元之汲極墊的第1汲極墊、及是該第2電晶體單元的汲極墊並與該第1汲極墊分開地形成的第2汲極墊；該第1汲極墊與該第2汲極墊係經由該離子注入電阻連接。
[4] 如申請專利範圍第3項之功率放大器，其中該離子注入電阻係以延伸至該第1汲極墊與該第2汲極墊之間的方式所形成。
[5] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之功率放大器，其中該半導體基板係以GaN所形成。

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