电流垂直流动集成大功率PIN限幅MMIC技术

彭龙新，戴家赟，王 钊，贾晨阳

（1.南京电子器件研究所，南京 210016；2.微波毫米波电路与模块国家重点实验室，南京 210016）

1 前言

为了保护雷达中收发(Transmitter/Receiver，T/R)组件[1]免受外来超大功率脉冲的照射而损坏，急需提高T/R组件中接收支路中限幅器的耐功率能力。限幅器[2]是有源相控阵雷达系统和电子对抗系统中的重要元器件，为了防止接收支路中的低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）因发射支路中的大功率放大器的泄露功率、天线反射功率或外来超大功率而烧毁，往往需要在LNA前面放置限幅器。限幅器的特点是，在其输入端出现微波大功率时，自动衰减微波功率至较低的功率电平；而输入微波信号较小时，则可以使微波信号以较小的损耗通过。由于近年来GaN等大功率放大器的出现，雷达T/R组件中发射支路泄露到接收支路的功率大幅度提高，同时面对敌对雷达的高功率对面辐射，传统的单片GaAs PIN限幅器(耐功率10～100 W)已经无法满足要求，需要更大功率的限幅器来保护接收支路。为此，提出了一种异质(也可同质)集成垂直PIN限幅器。限幅器中的PIN二极管纵向导电，电流均匀分布，可极大地提高限幅器的耐功率能力。其工艺过程为：①分别制作同质PIN二极管和在SiC衬底上制作限幅器的匹配电路；②采用自停止技术减薄PIN晶圆衬底至10μm左右；③把整个薄圆片转移到SiC衬底上，再采用Au-Au热压键合把含有PIN的薄晶圆与SiC衬底低温键合，制成超大功率限幅器。为了使限幅器的性能最优，本文研制了一种SiC衬底Si PIN异质限幅器，选择Si PIN二极管作为限幅器的核心器件，因为相对于GaAs PIN而言，Si的开启电压较小，可以使限幅器的输出漏电平减小，而且少子寿命也较长，限幅器的耐功率可以更高。……