[發明專利]一種基于SiC載流子壽命調控的貼片式全固態高功率微波源

有效

• 申請號: 202011394810.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112490231B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 欒崇彪;謝衛平;李洪濤;袁建強;馬勛;肖金水;劉宏偉
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01Q1/22
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 張超

本發明涉及半導體器件技術領域，公開了一種基于SiC載流子壽命調控的貼片式全固態高功率微波源，包括半導體晶圓片，晶圓片上集成有光導開關和平面輻射天線，通過將SiC光導開關和平面輻射天線集成在同一SiC晶圓上，而且輻射天線為采用離子注入等工藝基于半絕緣SiC材料制作而成，可實現一個高功率微波源單元為貼片式結構，通過觸發激光的皮秒同步，并能實現多個高功率微波源單元的功率合成，基于SiC半導體材料高功率容量的優點，可實現單個貼片式結構的高功率微波源單元輸出微波功率達到MW量級，具有極大的推廣價值和廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，具體涉及一種基于SiC載流子壽命調控的貼片式全固態高功率微波源。

背景技術

高功率微波具有高光速攻擊、波束覆蓋面積大、瞬間起效、大彈倉、全天候、隱蔽性強等特點，將是改變未來戰爭形態的新型顛覆性裝備。隨著相關技術的不斷進步，對高功率微波源提出了更高要求——固態化、緊湊輕量化、高重復頻率、長使用壽命和良好的環境適應性。

與傳統基于相對論真空電子學的高功率微波產生技術相比，GaAs、GaN、 SiC等固態器件在頻率上可實現寬頻帶覆蓋、在脈寬上具備數ns至ms量級脈沖輸出能力、在重頻上可達到百kHz至MHz量級、在相位上具備數字相位控制與波束掃描能力；同時，利用前級激勵源信號可靈活設置的優勢，能根據目標特性，對脈沖或頻率進行更為靈活的組合或掃描，從而有效提高系統應用效果和范圍；此外，功率合成陣面各組件相對獨立，少數組件的功能故障對整個合成陣面主要技術指標影響不大，從而具備一定故障弱化功能。因此，基于固體器件并利用功率合成產生高功率微波的技術途徑優勢明顯。但是，由于GaAs、GaN 等固態微波器件輸出功率有限，通常采用多級級聯放大形式以產生數十kW級輸出功率，這種設計將導致整個系統結構復雜、體積龐大、成本較高。因此，需要進一步提升單個固態微波功率器件輸出功率，降低系統復雜度和體積重量。

與基于GaAs、GaN等微波器件的固態高功率微波源相比，基于SiC載流子壽命調控的高功率微波源是一種實現高功率微波輸出的全新技術途徑。

因此，半導體器件技術領域亟需一種輸出功率高、結構簡單、體積小巧、成本較低的微波源。

發明內容

本發明克服了現有技術的缺陷，提供一種輸出功率高、結構簡單、體積小巧、成本較低的微波源。

本發明通過下述技術方案實現：

一種基于SiC載流子壽命調控的貼片式全固態高功率微波源，包括半導體晶圓片，所述晶圓片上集成有光導開關和平面輻射天線，所述晶圓片由SiC制成。

進一步的，所述晶圓片中SiC載流子的壽命通過材料生長工藝或輻照、退火實現調控。

進一步的，所述光導開關包括第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極分別位于晶圓片兩側面且位置相對。

進一步的，所述第一電極為圓盤狀或圓環狀，所述第二電極為中部可供激光脈沖穿過的圓環狀。

進一步的，所述第一電極和/或第二電極制作前生長高摻雜n⁺-GaN層。

進一步的，所述平面輻射天線包括第一金屬片和第二金屬片，所述第一金屬片位于第一電極所在的側面，所述第二金屬片位于第二電極所在的側面。

進一步的，所述第一金屬片通過連接導線與第一電極電性相連，所述第二金屬片通過陶瓷電容與第二電極電性相連。

進一步的，所述第一金屬片和第二金屬片均呈彎弧狀，所述第一金屬片和第二金屬片的彎弧延伸方向相背。

進一步的，所述第一金屬片和第二金屬片的寬度隨著與光導開關距離的增加而增大。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：