[发明专利]氮化镓肖特基二极管多级限幅电路

说明书

本发明公开了一种氮化镓肖特基二极管多级限幅电路，主要解决现有限幅器功率容量小，响应速度慢的问题。其自左到右依次为第一级对管(1)、第二级对管(2)、第三级对管(3)，各级对管之间通过微带线L连接，三级对管均采用凹槽阳极结构的横向氮化镓肖特基二极管，第一级对管中的两个二极管采用Pt作为阳极金属，开启电压1.2V；第二级对管中的两个二极管采用Ni作为阳极金属，开启电压0.8V，第三级对管中的两个二极管采用W或Mo作为阳极金属，开启电压0.4V。本发明通过采用开启电压逐级减小的氮化镓肖特基二极管，显著提升了限幅电路的频率响应，降低了限幅电平，提高了功率容量，可用于微波防护。

技术领域

本发明属于微波技术领域，特别涉及一种氮化镓肖特基二极管多级限幅电路，可用于微波防护。

技术背景

随着科技的不断进步，电子设备不断朝着集成化、小型化发展。更多更先进的精密元器件大幅增加了设备功能和性能，但也使得设备系统更加复杂，为保证设备能够应对高功率微波的冲击，需要进行专业的微波防护设计。雷达接收机的核心低噪声放大器容易被接收到的高功率微波烧毁，需要在其前端设计限幅电路，使小功率微波信号能较小损耗的通过，高功率微波信号被衰减到低功率电平，从而实现对低噪声放大器的保护。

传统限幅器采用Si材料的PIN二极管，该Si材料的PIN二极管由于拥有低掺的P区、非掺的I区以及低掺的N区，存在电子与空穴两种载流子的充放电过程，导致器件时间常数过长，限幅器响应速度慢。同时由于Si材料的窄禁带特性，进一步限制了限幅器性能，难以继续提升功率容量和频率响应，且在耐高温、抗辐照等方面也面临严重考验。

宽禁带半导体材料GaN具有极大的电学性能优势，AlGaN/GaN异质结结构因其强大的自发极化和压电极化效应，会在靠近界面处GaN一侧感生出高浓度的二维电子气，由于电子被限制在势阱中，且该区域杂质掺杂极少，因此电离杂质散射和合金无序散射较小，二维电子气具有极高的迁移率和电子饱和速率，且GaN由于材料固有的宽禁带属性，其临界击穿场强极大，适合制作大功率高频微波器件，有望应用于限幅电路并大幅提升性能，但目前缺乏相关的技术解决方案与研究成果。

发明内容

本发明在于提出一种氮化镓肖特基二极管多级限幅电路，旨在通过高性能氮化镓肖特基二极管的使用和电路结构的设计，减小限幅电平，增加功率容量，提升限幅电路性能。

为实现上述目的，本发明的氮化镓肖特基二极管多级限幅电路，包括第一级对管、第二级对管、第三级对管，各级对管之间通过微带线L连接，其特征在于：

每一级对管均采用两只凹槽阳极结构的横向氮化镓肖特基二极管，其中一只二极管的阳极与微带线连接，阴极接地，另一只二极管的阴极与微带线连接，阳极接地；

所述第一级对管采用厚度为50-200nm的Pt作为阳极金属，开启电压为1.2V；

所述第二级对管采用厚度为50-200nm的Ni作为阳极金属，开启电压为0.8V；

所述第三级对管采用厚度为50-200nm的W或Mo作为阳极金属，开启电压为0.4V。

进一步，所述微带线L分为参数不同的四段；第一级对管中的一只二极管阳极连接在第一段微带线L1与第二段微带线L2之间，另一只管子的阴极连接在第一段微带线L1与第二段微带线L2之间；第二级对管中的一只二极管阳极连接在第二段微带线L2与第三段微带线L3之间，另一只管子的阴极连接在第二段微带线L2与第三段微带线L3之间；第三级对管中一只二极管阳极连接在第三段微带线L3与第四段微带线L4之间，另一只管子的阴极连接在第三段微带线L3与第四段微带线L4之间。

进一步，所述凹槽阳极结构的横向氮化镓肖特基二极管，自下而上包括SiC衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、SiN和SiO₂双层钝化层，该GaN缓冲层至双层钝化层中间设有阳极凹槽，凹槽侧壁及凹槽边缘上层设有阳极，阳极边缘的AlGaN势垒层上设有阴极。