一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器制造技术

本技术公开了一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器。所述滤波器包括改进型耦合馈电结构、阶跃阻抗谐振器、双端接地传输线、以及接地面。本技术在阶跃阻抗谐振器两两之间加入双端接地传输线，有效地加强了谐振器的与接地面耦合，有效地提高了频率的选择性，而改进型的馈电结构则有效地缩减了谐振器的长度，节省了面积。本技术提出的高选择性宽阻带改进型交指带通滤波器，在节省版图面积的同时，提高了器件的频率选择性，并且易于与其他射频器件互联集成。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及射频微波，具体涉及一种硅基gan宽阻带高选择性毫米波在片滤波器。

技术介绍

1、gan属于iii族氮化物，具有出色的击穿能力、更高的电子密度及速度、耐高温和耐辐射等优势，基于gan的电子器件在微波雷达，卫星通信，5g通信有非常大的优势。无源功能块是射频收发器前端不可或缺的部分，它们通常占据相当大的芯片/模块面积。芯片互连是集总元件器件中不希望的寄生损耗的常见原因，这会降低整体rf性能。因此，在不断增长的行业趋势中，需要提高集成水平，并且由于集成无源器件比具有更高带宽、更紧凑尺寸和更高可靠性的标准分立无源器件具有优势，因此对在硅基gan同时集成无源器件和有源器件的需求越来越大。由于gan有源器件工艺，如：hemt，仍在开发中，因此不适合复杂的工艺来制造无源器件。通过将单平面共面波导滤波器嵌入单个单片微波集成电路中，不需要通孔工艺，显著降低了互连损耗，为电子设备提供了更小的占地面积和更低的能耗。成为在片上系统中实现无源器件的最合适的技术之一，近些年来，共面波导结构受到了越来越多学者的关注，利用该结构设计微波滤波器也变得更加广泛。

2、随着微波技术的发展，微波滤波器的设计已经比较成熟，如今人们在满足滤波器的插损性能要求时，已经更加注重带内平坦度、回波损耗以及带外抑制。

3、共面波导片上系统集成是目前研究的热点，本技术针对硅基氮化镓片上系统进行优化。由于si和gan之间存在不小晶格系数的差异，需要在si上先生长aln、algan层以缓冲应力。但aln/si界面形成寄生沟道，导致器件漏电，对单片集成系统提出不小的挑战。本技术针对漏电的有耗介质作针对性的优化，通过加强谐振器与参考地之间的耦合，而不是传统的减弱谐振器之间的耦合实现所需的窄带宽。同时，进一步优化调整馈电结构，减少谐振器长度，受到较少的衬底漏电的影响，实现了更小的插入损耗，同时减少整个版图的面积。

4、现有专利(公开号：cn107634292a)，由内嵌多开路支节的交指滤波器构成。其为直接馈电输入，且在靠近输入输出端的传输线谐振器上内嵌多开路支节，其通带内仅有一个传输极点。现有专利(公开号：cn107634292a)原理为抑制交指滤波器的高次谐波(寄生)通带，表现为3-28ghz范围内的宽阻带，虽然在29-30ghz处表现处明显的抑制减弱，但并未给出大于30ghz的结果。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种硅基gan宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，解决了现有单片集成系统中有源区多种技术条件下均能制造，互连需要通孔导致易碎。以及频率选择性低，相邻信道抑制差；谐波响应明显，带外抑制不足的问题。

2、本技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。

3、一种硅基gan宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，包括单平面共面波导金属部分和嵌套在单平面共面波导金属部分上的非金属部分，且都布置在同一层的金属平面中；

4、所述单平面共面波导金属部分包括接地面，两个耦合馈电结构及两个馈电抽头，三个单端接地传输线谐振器，两个双端接地传输线，以及信号输入端口和信号输出端口；

5、单端接地传输线谐振器包括：开路低阻抗段和短路高阻抗段；其中，短路高阻抗段的一端与接地面相连，称为短路端，另一端与开路低阻抗段的一端相连；开路低阻抗段的另一端，不与接地面相连，称为开路端；

6、三个单端接地传输线谐振器平行放置，中间的单端接地传输线谐振器与接地面相连的方向和两侧的单端接地传输线谐振器相反；

7、两个双端接地传输线分别设置在中间的单端接地传输线谐振器与两侧的单端接地传输线谐振器之间，且双端接地传输线两端均与接地面相连；

8、两个耦合馈电结构分别设置于三个单端接地传输线谐振器的两侧；两个馈电抽头分别设置于两个耦合馈电结构远离单端接地传输线谐振器的一侧；

9、所述信号输入端口和信号输出端口均各自通过一个馈电抽头与一个耦合馈电结构相连；

10、馈电抽头一端连接耦合馈电结构的接地端，另一端连接信号输入端口或信号输出端口；

11、信号输入端口和信号输出端口垂直于馈电抽头且分别设置于两个馈电抽头远离耦合馈电结构的一侧；

12、耦合馈电结构一端连接接地面，另一端开路；

13、所述非金属部分包括：馈电抽头和接地面之间设置的缝隙，耦合馈电结构及馈电抽头之间设置的缝隙，耦合馈电结构及单端接地传输线谐振器之间设置的缝隙，单端接地传输线谐振器及双端接地传输线之间设置的缝隙,以及短路高阻抗段内部开槽缝隙。

14、进一步地，仅水平平移后三个单端接地传输线谐振器能重合，经过水平平移后，两侧的单端接地传输线谐振器完全重合，两侧的单端接地传输线谐振器的开路端和中间的单端接地传输线谐振器短路端重合，两侧的单端接地传输线谐振器的短路端和中间的单端接地传输线谐振器的开路端重合；两侧的单端接地传输线谐振器关于中间的单端接地传输线谐振器对称。

15、进一步地，馈电抽头比耦合馈电结构短；

16、为了实现宽宽阻带特性，馈电抽头与耦合馈电结构平行放置，且水平平移馈电抽头后，馈电抽头与信号输入端口或信号输出端口的连接端，以及耦合馈电结构的开路端重合；仅水平平移馈电抽头或耦合馈电结构，两者均能与两侧的单端接地传输线谐振器的连接接地面的一端重合；

17、两个馈电抽头关于中间的单端接地传输线谐振器对称；

18、两个耦合馈电结构关于中间的单端接地传输线谐振器对称；

19、信号输入端口和信号输出端口关于中间的单端接地传输线谐振器对称。

20、进一步地，所述开槽缝隙呈矩形，其一短边边与位于单端接地传输线谐振器的接地端的短边重合；开槽前后单端接地传输线谐振器均为对称图型，即开槽缝隙与单端接地传输线谐振器的对称轴为同一条。

21、进一步地，所述单平面共面波导金属部分和嵌套在单平面共面波导金属部分上的非金属部分均设置在硅基氮化镓上；

22、所述硅基氮化镓包括硅衬底和位于硅衬底上的刻蚀后的algan/gan异质结外延层；

23、刻蚀后的algan/gan异质结外延层包括：aln层、algan层、gan势垒层、gan沟道层、aln层、algan层以及gan帽层。

24、进一步地，完整的algan/gan异质结外延层，包括从下至上顺次叠层的aln层、algan层、gan势垒层、gan沟道层、aln层、algan层以及gan帽层；

25、将gan沟道层、aln层、algan层以及gan帽层的一侧完全刻蚀，保留另一侧，且为了确保完全刻蚀gan沟道层，对gan势垒层顶部的一部分进行刻蚀，得到刻蚀后的algan/gan异质结外延层；

26、刻蚀后的algan/gan异质结外延层中，保留的gan沟道层、aln层、algan层以及gan帽层的一侧，称为有源区，刻蚀gan沟道层、aln层、algan层以及gan帽层以及部分gan势垒层本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，包括单平面共面波导金属部分和嵌套在单平面共面波导金属部分上的非金属部分，且都布置在同一层的金属平面中；

2.根据权利要求1所述的一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，信号输入端口(001)和信号输出端口(002)垂直于馈电抽头(105)且分别设置于两个馈电抽头(105)远离耦合馈电结构(102)的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，信号输入端口(001)和信号输出端口(002)垂直于馈电抽头(105)且分别设置于两个馈电抽头(105)远离耦合馈电结构(102)的一侧。

4.根据权利要求2所述的一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，耦合馈电结构(102)一端连接接地面(101)，另一端开路。

5.根据权利要求1所述的一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，仅水平平移后三个单端接地传输线谐振器(103)能重合，经过水平平移后，两侧的单端接地传输线谐振器(103)完全重合，两侧的单端接地传输线谐振器(103)的开路端和中间的单端接地传输线谐振器(103)短路端重合，两侧的单端接地传输线谐振器(103)的短路端和中间的单端接地传输线谐振器(103)的开路端重合；两侧的单端接地传输线谐振器(103)关于中间的单端接地传输线谐振器(103)对称。

6.根据权利要求1所述的一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，馈电抽头(105)比耦合馈电结构(102)短；

7.根据权利要求1所述的一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，所述开槽缝隙(203)呈矩形，其一短边边与位于单端接地传输线谐振器(103)的接地端的短边重合；开槽前后单端接地传输线谐振器(103)均为对称图型，即开槽缝隙(203)与单端接地传输线谐振器(103)的对称轴为同一条。

8.根据权利要求1所述的一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，所述单平面共面波导金属部分和嵌套在单平面共面波导金属部分上的非金属部分均设置在硅基氮化镓上；

9.根据权利要求8所述的一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，完整的AlGaN/GaN异质结外延层，包括从下至上顺次叠层的AlN层(7)、AlGaN层(6)、GaN势垒层(5)、GaN沟道层(4)、AlN层(3)、AlGaN层(2)以及GaN帽层(1)；

10.根据权利要求8所述的一种硅基GaN宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，对于顶层金属(10)，剥离顶层金属(10)中硅基氮化镓宽阻带高选择性片上带通滤波器的非金属部分，保留金属部分，形成所述硅基氮化镓宽阻带高选择性片上带通滤波器。

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【技术特征摘要】

1.一种硅基gan宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，包括单平面共面波导金属部分和嵌套在单平面共面波导金属部分上的非金属部分，且都布置在同一层的金属平面中；

2.根据权利要求1所述的一种硅基gan宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，信号输入端口(001)和信号输出端口(002)垂直于馈电抽头(105)且分别设置于两个馈电抽头(105)远离耦合馈电结构(102)的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种硅基gan宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，信号输入端口(001)和信号输出端口(002)垂直于馈电抽头(105)且分别设置于两个馈电抽头(105)远离耦合馈电结构(102)的一侧。

4.根据权利要求2所述的一种硅基gan宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，耦合馈电结构(102)一端连接接地面(101)，另一端开路。

5.根据权利要求1所述的一种硅基gan宽阻带高选择性毫米波在片滤波器，其特征在于，仅水平平移后三个单端接地传输线谐振器(103)能重合，经过水平平移后，两侧的单端接地传输线谐振器(103)完全重合，两侧的单端接地传输线谐振器(103)的开路端和中间的单端接地传输线谐振器(103)短路端重合，两侧的单端接地传输线谐振器(103)的短路端和中间的单端接地传输线谐振器(103)的开路端重合；两侧的单端接地传输线谐振器(103)关于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪，关广豪，
申请(专利权)人：中山市华南理工大学现代产业技术研究院，
类型：新型
国别省市：