具有温度补偿功能的氮化镓器件转让专利
申请号 : CN202111330207.1
文献号 : CN113778163B
文献日 : 2022-02-15
发明人 : 杨天应
申请人 : 深圳市时代速信科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,包括器件本体、滤波器、第一元器件和第二元器件;所述滤波器和所述第一元器件并联以形成第一支路,所述第一支路连接于所述器件本体的栅极输入端,所述第二元器件的一端连接于所述栅极输入端与所述第一支路之间,所述第二元器件的另一端与所述器件本体的源极连接;其中,,
所述Vgdc为所述器件本体的输入电压,所述Rj为所述第二元器件的电阻,所述R为所述第一元器件的电阻,所述Vgs为所述器件本体的偏置电压,所述第一元器件的电阻和所述第二元器件的电阻中至少一个具有温度系数相关性。
2.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件的电阻具有正温度系数相关性,和/或,所述第二元器件的电阻具有负温度系数相关性。
3.根据权利要求2所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件为固定电阻,所述第二元器件为具有负温度系数的二极管,所述具有负温度系数的二极管自所述器件本体的源极的方向朝向所述器件本体的栅极的方向导通;或者,所述第一元器件为固定电阻,所述第二元器件为具有负温度系数的三极管,所述具有负温度系数的三极管的源极与所述器件本体的源极连接、所述具有负温度系数的三极管的漏极与所述器件本体的栅极输入端连接,所述具有负温度系数的三极管的栅极与所述具有负温度系数的三极管的漏极短接。
4.根据权利要求2所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件为固定电阻,所述第二元器件为具有负温度系数的电阻;或者,所述第一元器件为具有正温度系数的电阻,所述第二元器件为固定电阻。
5.根据权利要求2所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件为具有正温度系数的电阻,所述第二元器件为具有负温度系数的电阻;或者,所述第一元器件为第一固定电阻,所述第二元器件包括串联连接于所述器件本体的源极和第一节点之间的第二固定电阻和具有负温度系数的二极管,所述第一节点为所述栅极输入端与所述第一支路的连接点,所述具有负温度系数的二极管自所述器件本体的源极朝向所述第一节点的方向导通。
6.根据权利要求2所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件为第一固定电阻,所述第二元器件包括串联连接于所述器件本体的源极和第一节点之间的具有负温度系数的电阻和具有负温度系数的二极管,所述第一节点为所述栅极输入端与所述第一支路的连接点,所述具有负温度系数的二极管自所述器件本体的源极朝向所述第一节点的方向导通;或者,所述第一元器件为具有正温度系数的电阻,所述第二元器件包括串联连接于所述器件本体的源极和第一节点之间的具有负温度系数的电阻和具有负温度系数的二极管,所述第一节点为所述栅极输入端与所述第一支路的连接点,所述具有负温度系数的二极管自所述器件本体的源极朝向所述第一节点的方向导通。
7.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件的电阻具有负温度系数相关性,和/或,所述第二元器件的电阻具有正温度系数相关性。
8.根据权利要求7所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件为固定电阻,所述第二元器件为具有正温度系数的二极管,所述具有正温度系数的二极管自所述器件本体的源极的方向朝向所述器件本体的栅极的方向导通;或者,所述第一元器件为固定电阻,所述第二元器件为具有正温度系数的三极管,所述具有正温度系数的三极管的源极与所述器件本体的源极连接、所述具有正温度系数的三极管的漏极与所述器件本体的栅极输入端连接,所述具有正温度系数的三极管的栅极与所述具有正温度系数的三极管的漏极短接。
9.根据权利要求7所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件为固定电阻,所述第二元器件为具有正温度系数的电阻;或者,所述第一元器件为具有负温度系数的电阻,所述第二元器件为固定电阻。
10.根据权利要求7所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件为具有负温度系数的电阻,所述第二元器件为具有正温度系数的电阻;或者,所述第一元器件为第一固定电阻,所述第二元器件包括串联连接于所述器件本体的源极和第一节点之间的第二固定电阻和具有正温度系数的二极管,所述第一节点为所述栅极输入端与所述第一支路的连接点,所述具有正温度系数的二极管自所述器件本体的源极朝向所述第一节点的方向导通。
11.根据权利要求7所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件为第一固定电阻,所述第二元器件包括串联连接于所述器件本体的源极和第一节点之间的具有正温度系数的电阻和具有正温度系数的二极管,所述第一节点为所述栅极输入端与所述第一支路的连接点,所述具有正温度系数的二极管自所述器件本体的源极朝向所述第一节点的方向导通;或者,所述第一元器件为具有负温度系数的电阻,所述第二元器件包括串联连接于所述器件本体的源极和第一节点之间的具有正温度系数的电阻和具有正温度系数的二极管,所述第一节点为所述栅极输入端与所述第一支路的连接点,所述具有正温度系数的二极管自所述器件本体的源极朝向所述第一节点的方向导通。
12.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的氮化镓器件,其特征在于,所述第一元器件的电阻具有正温度系数相关性,所述第二元器件的电阻具有正温度系数相关性,且在温度变化ΔT时,所述第一元器件的电阻的变化值与所述第二元器件的电阻的变化值不同;
或者,所述第一元器件的电阻具有负温度系数相关性,所述第二元器件的电阻具有负温度系数相关性,且在温度变化ΔT时,所述第一元器件的电阻的变化值与所述第二元器件的电阻的变化值不同。
说明书 :
具有温度补偿功能的氮化镓器件
技术领域
背景技术
降,导致通信质量下降。为了应对这种问题,目前较常用的方式是在功放电路板上设计对应
温补电路,并在功放管附近位置设置对应的温度传感器,从而根据温度传感器测量的温度,
采用温补电路对功率放大器的栅极电压进行调节,以使其静态电流维持在与常温状态时相
同的水平,从而保障功率放大器的线性度,保障通讯质量。然而,现有的温补电路通常是与
氮化镓器件相互独立的,且需要额外配置温度传感器,这就导致整个器件的体积增加,成本
上升,电路复杂程度上升,如此,将有悖于器件小型化的市场需求。
发明内容
保高低温下氮化镓高电子迁移率晶体管其静态电流维持在与常温状态时相同的水平,从而
保障功率放大器的线性度,保障通讯质量。
联以形成第一支路,第一支路连接于器件本体的栅极输入端,第二元器件的一端连接于栅
极输入端与第一支路之间,第二元器件的另一端与器件本体的源极连接;其中,
,Vgdc为器件本体的输入电压,Rj为第二元器件的电阻,R为第一元器件的电
阻,Vgs为器件本体的偏置电压,第一元器件的电阻和第二元器件的电阻中至少一个具有温
度系数相关性。该具有温度补偿功能的氮化镓器件将温补电路与氮化镓器件集成在一起,
能够实现温度对功率放大器静态电流影响的自动补偿。
本体的栅极输入端连接,具有负温度系数的三极管的栅极与具有负温度系数的三极管的漏
极短接。
第一支路的连接点,具有负温度系数的二极管自器件本体的源极朝向第一节点的方向导
通。
输入端与第一支路的连接点,具有负温度系数的二极管自器件本体的源极朝向第一节点的
方向导通。
点为栅极输入端与第一支路的连接点,具有负温度系数的二极管自器件本体的源极朝向第
一节点的方向导通。
的方向导通;或者,所述第一元器件为固定电阻,所述第二元器件为具有正温度系数的三极
管,所述具有正温度系数的三极管的源极与所述器件本体的源极连接、所述具有正温度系
数的三极管的漏极与所述器件本体的栅极输入端连接,所述具有正温度系数的三极管的栅
极与所述具有正温度系数的三极管的漏极短接。
述器件本体的源极和第一节点之间的第二固定电阻和具有正温度系数的二极管,所述第一
节点为所述栅极输入端与所述第一支路的连接点,所述具有正温度系数的二极管自所述器
件本体的源极朝向所述第一节点的方向导通。
述第一节点为所述栅极输入端与所述第一支路的连接点,所述具有正温度系数的二极管自
所述器件本体的源极朝向所述第一节点的方向导通;或者,所述第一元器件为具有负温度
系数的电阻,所述第二元器件包括串联连接于所述器件本体的源极和第一节点之间的具有
正温度系数的电阻和具有正温度系数的二极管,所述第一节点为所述栅极输入端与所述第
一支路的连接点,所述具有正温度系数的二极管自所述器件本体的源极朝向所述第一节点
的方向导通。
化值不同;或者,第一元器件的电阻具有负温度系数相关性,第二元器件的电阻具有负温度
系数相关性,且在温度变化ΔT时,第一元器件的电阻的变化值与第二元器件的电阻的变化
值不同。
栅极输入端,第二元器件的一端连接于栅极输入端与第一支路之间,第二元器件的另一端
与器件本体的源极连接;其中, ,Vgdc为器件本体的输入电压,Rj为第二元器件
的电阻,R为第一元器件的电阻,Vgs为器件本体的偏置电压,第一元器件的电阻和第二元器
件的电阻中至少一个具有温度系数相关性。这样,以针对氮化镓高电子迁移率晶体管漏极
电流Ids(即器件本体的漏极电流)随温度呈现出负温度系数为例,当温度升高时,第二元器
件的电阻Rj减小和/或第一元器件的电阻R增大,进而使得Vgdc×Rj/(Rj+R)减小,从而实现Vgs
的绝对值减小,从而补偿因温度上升导致的氮化镓器件的Ids下降;当温度降低时,第二元器
件的电阻Rj增大和/或第一元器件的电阻R减小,Vgdc×Rj/(Rj+R)增加,从而实现Vgs的绝对
值增加,从而补偿因温度上升导致的氮化镓器件的Ids增加,如此,本申请便可以实现温度自
补偿功能。同时,由于本申请通过将第一元器件的电阻和/或第二元器件的电阻设置成具有
温度相关性,这样,当温度上升或者下降时,第一元器件和第二元器件能够直接反馈至由滤
波器、第一元器件和第二元器件构成的温补电路,而无需像现有技术一样配置用于温度检
测的相关元器件(例如温度传感器),因此,在一定程度上,本申请相对现有技术而言,元器
件数量较少,能够有效降低整个器件的体积,有利于小型化的市场需求。
附图说明
范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
具体实施方式
术人员将了解本发明的概念,并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解,
这些概念和应用属于本发明和随附权利要求的范围内。
发明的范围的情况下,第一元件可称为第二元件,并且类似地,第二元件可称为第一元件。
如本文所使用,术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
在介于中间的元件。相反,当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个
元件上”时,不存在介于中间的元件。同样,应当理解,当元件(诸如层、区域或衬底)被称为
“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时,其可以直接在另一个元件之上或直接
在另一个元件之上延伸,或者也可以存在介于中间的元件。相反,当一个元件被称为“直接
在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时,不存在介于中间的元件。还应当理
解,当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时,其可以直接连接或耦接到另一个
元件,或者可以存在介于中间的元件。相反,当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到
另一个元件时,不存在介于中间的元件。
应当理解,这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所描绘的取向之外的
不同取向。
复数形式。还应当理解,当在本文中使用时,术语“包括”指明存在所述特征、整数、步骤、操
作、元件和/或部件,但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元
件、部件和/或上述各项的组。
解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致,而不能以理想化或者过度
正式的意义进行解释,除非本文中已明确这样界定。
一元器件20并联以形成第一支路,第一支路连接于器件本体的栅极输入端,第二元器件30
的一端连接于栅极输入端与第一支路之间,第二元器件30的另一端与器件本体的源极连
接;其中,
度系数相关性。
端与第一支路之间,第二元器件30的另一端与器件本体的源极连接。在本实施例中,滤波器
10的并联支路的一端与滤波器10的串联支路连接,滤波器10的另一端通过器件本体的源极
接地,即滤波器10的并联支路的一端、第二元器件30的一端均连接于器件本体的源极并接
地。
的偏置电压随温度变化时的自动调节,从而实现在温度变化时对氮化镓器件静态电流影响
的自动补偿,从而可以保障线性度,提高器件的通信质量。同时,本申请相对现有技术而言
无需配备温度传感器等用于检测温度的元器件,这样,在一定程度上可以实现对整个器件
的整体体积的有效缩减,有利于器件小型化的市场需求。
为二极管的结电阻。
等效电路图。这样,能够降低器件在工作频段内射频信号的损耗。需要说明的是,图3对应的
是图2在射频频段的等效电路图,由于图2的第二元器件30是以二极管为例的,因此,在该射
频频段内,二极管等效为电容。
体GaN HEMT的漏极电流,下同)随温度呈现出负温度系数(即上述第一元器件20的电阻具有
正温度系数相关性和/或上述第二元器件30的电阻具有负温度系数相关性),那么,当温度
升高时,第二元器件30的电阻Rj减小和/或第一元器件20的电阻R增大,进而使得Vgdc×Rj/
(Rj+R)减小,从而实现Vgs的绝对值减小,从而补偿因温度上升导致的氮化镓器件的Ids下降。
当温度降低时,第二元器件30的电阻Rj增大和/或第一元器件20的电阻R减小,Vgdc×Rj/(Rj+
R)增加,从而实现Vgs的绝对值增加,从而补偿因温度下降导致的氮化镓器件的Ids增加。如
此,本申请便可以实现温度自补偿功能。需要说明的是,DC频段即代表直流频段。由于当针
对氮化镓高电子迁移率晶体管漏极电流Ids随温度呈现出正温度系数时的原理,与针对氮
化镓高电子迁移率晶体管漏极电流Ids随温度呈现出负温度系数时的原理相同,本领域技
术人员可以通过Ids随温度呈负温度系数时简单推理得到,故本申请对Ids随温度呈现出正
温度系数的原理不再赘述。
个谐振器,并通过将多个谐振器进行合适搭建得到滤波器10,并通过在器件本体的栅极和
器件本体的源极之间形成第二元器件30得到。如图5所示,图5是通过三个谐振器(分别为第
一谐振器11、第二谐振器12和第三谐振器13)搭建得到滤波器10为例进行的示例说明。在该
示例下,三个谐振器的上电极和下电极之间的压电层的材料可以为AlN、ZnO或PZT等。第二
元器件30可以是通过采用期间本体的二维电子气构成的,当第二元器件30为电阻时,其材
料可以为氮化坦、镍铬等电阻材料。
路连接于器件本体的栅极输入端,第二元器件30的一端连接于栅极输入端与第一支路之
间,第二元器件30的另一端与器件本体的源极连接;其中, ,Vgdc为器件本体的
输入电压,Rj为第二元器件30的电阻,R为第一元器件20的电阻,Vgs为器件本体的偏置电压,
第一元器件20的电阻和第二元器件30的电阻中至少一个具有温度系数相关性。这样,以针
对氮化镓高电子迁移率晶体管漏极电流Ids随温度呈现出负温度系数为例,当温度升高时,
第二元器件30的电阻Rj减小和/或第一元器件20的电阻R增大,进而使得Vgdc×Rj/(Rj+R)减
小,从而实现Vgs的绝对值减小,从而补偿因温度上升导致的氮化镓器件的Ids下降;当温度
降低时,第二元器件30的电阻Rj增大和/或第一元器件20的电阻R减小,Vgdc×Rj/(Rj+R)增
加,从而实现Vgs的绝对值增加,从而补偿因温度上升导致的氮化镓器件的Ids增加,如此,本
申请便可以实现温度自补偿功能。同时,由于本申请通过将第一元器件20的电阻和/或第二
元器件30的电阻设置成具有温度相关性,这样,当温度上升或者下降时,第一元器件20和第
二元器件30能够直接反馈至由滤波器10、第一元器件20和第二元器件30构成的温补电路,
而无需像现有技术一样配置用于温度检测的相关元器件(例如温度传感器),因此,在一定
程度上,本申请相对现有技术而言,元器件数量较少,能够有效降低整个器件的体积,有利
于小型化的市场需求。
三条曲线的交点处,对应纵坐标在0.2附近),氮化镓高电子迁移率晶体管漏极电流Ids随温
度呈现出正温度系数;当偏置电流大于该临界点,氮化镓高电子迁移率晶体管漏极电流Ids
随温度呈现出负温度系数。因此,本申请基于该原理对由滤波器10、第一元器件20和第二元
器件30形成的温补电路进行设计。
或,上述第二元器件30的电阻具有负温度系数相关性。针对这种情况,以下针对不同的可能
性进行举例说明。
极的方向导通。
Rj/(Rj+R)增加,从而实现Vgs的绝对值增加,从而补偿因温度上升导致的器件本体GaN HEMT
的Ids增加。
系数的三极管的漏极与器件本体的栅极输入端连接,具有负温度系数的三极管的栅极与具
有负温度系数的三极管的漏极短接。
是MOS FET、HBT或HEMT。当三极管为MOS FET或HEMT时:需要将MOS FET和HEMT的栅极和漏极
短接。当三极管为HBT时,需要将HBT的集电极和基极短接。
Rj/(Rj+R)增加,从而实现Vgs的绝对值增加,从而补偿因温度上升导致的器件本体GaN HEMT
的Ids增加。
且Rj增大,Vgdc×Rj/(Rj+R)增加,从而实现Vgs的绝对值增加,从而补偿因温度上升导致的器
件本体GaN HEMT的Ids增加。
第一节点为栅极输入端与第一支路的连接点,具有负温度系数的二极管自器件本体的源极
朝向第一节点的方向导通。
小,从而实现Vgs的绝对值减小,从而补偿因温度上升导致的器件本体GaN HEMT的Ids下降;
当温度降低时,Rj增大(具体为负温度系数的二极管的结电阻增大),Vgdc×Rj/(Rj+R)增加,
从而实现Vgs的绝对值增加,从而补偿因温度上升导致的器件本体GaN HEMT的Ids增加。
的二极管,第一节点为栅极输入端与第一支路的连接点,具有负温度系数的二极管自器件
本体的源极朝向第一节点的方向导通。
的器件本体GaN HEMT的Ids下降;当温度降低时,Rj增大(负温度系数的二极管的结电阻增
大,且负温度系数的电阻也增大),Vgdc×Rj/(Rj+R)增加,从而实现Vgs的绝对值增加,从而补
偿因温度上升导致的器件本体GaN HEMT的Ids增加。
温度系数的二极管,第一节点为栅极输入端与第一支路的连接点,具有负温度系数的二极
管自器件本体的源极朝向第一节点的方向导通。
因温度上升导致的器件本体GaN HEMT的Ids下降;当温度降低时,R减小且Rj增大(负温度系
数的二极管的结电阻增大,且负温度系数的电阻也增大),Vgdc×Rj/(Rj+R)增加,从而实现
Vgs的绝对值增加,从而补偿因温度上升导致的器件本体GaN HEMT的Ids增加。
或,上述第二元器件30的电阻具有正温度系数相关性。针对这种情况,以下针对不同的可能
性进行举例说明。
极的方向导通。
系数的三极管的漏极与器件本体的栅极输入端连接,具有正温度系数的三极管的栅极与具
有正温度系数的三极管的漏极短接。
第一节点为栅极输入端与第一支路的连接点,具有正温度系数的二极管自器件本体的源极
朝向第一节点的方向导通。
的二极管,第一节点为栅极输入端与第一支路的连接点,具有正温度系数的二极管自器件
本体的源极朝向第一节点的方向导通。
温度系数的二极管,第一节点为栅极输入端与第一支路的连接点,具有正温度系数的二极
管自器件本体的源极朝向第一节点的方向导通。
实施例中的八种情况的原理,因此,为避免赘述,本申请不再针对第二实施例中的八种情况
进行逐个原理说明。
的两端分别与第一元器件20的两端连接。需要说明的是,图2和图5示出的仅为当滤波器10
是由三个谐振器搭建而成的情况,此仅为举例说明,并非是对滤波器10的搭建方式的唯一
限制。在其他的实施例中,滤波器10还可以是通过超过三个谐振器搭建而成的。
与第二元器件30的电阻的变化值不同;或者,第一元器件20的电阻具有负温度系数相关性,
第二元器件30的电阻具有负温度系数相关性,且在温度变化ΔT时,第一元器件20的电阻的
变化值与第二元器件30的电阻的变化值不同。
化值,也可以是第一元器件20的电阻的变化值小于第二元器件30的电阻的变化值。当第一
元器件20的电阻的变化值大于第二元器件30的电阻的变化值时,氮化镓高电子迁移率晶体
管漏极电流Ids随温度呈现出负温度系数;当第一元器件20的电阻的变化值小于第二元器
件30的电阻的变化值时,氮化镓高电子迁移率晶体管漏极电流Ids随温度呈现出正温度系
数。
第一元器件20的电阻的变化值小于第二元器件30的电阻的变化值。当第一元器件20的电阻
的变化值大于第二元器件30的电阻的变化值时,氮化镓高电子迁移率晶体管漏极电流Ids
随温度呈现出正温度系数;当第一元器件20的电阻的变化值小于第二元器件30的电阻的变
化值时,氮化镓高电子迁移率晶体管漏极电流Ids随温度呈现出负温度系数。
选择电阻一个选择晶体管等,本申请不做具体限制。
改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
能的组合方式不再另行说明。