CN108717943B - Hemt与单刀双掷开关电路 - Google Patents

Hemt与单刀双掷开关电路 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种HEMT与单刀双掷开关电路。该HEMT包括两个沿第一方向设置的子HEMT，子HEMT包括衬底、第一半导体层、第二半导体层以及金属电极，第二半导体层的材料的带隙宽度大于第一半导体层的材料的带隙宽度，金属电极有多个，多个金属电极包括多个第一金属电极和多个第二金属电极，多个第一金属电极和多个第二金属电极均沿第二方向间隔设置，HEMT还包括多个栅层，多个栅层包括第一栅层和第二栅层，第一栅层位于相邻的两个第一金属电极之间，第二栅层位于两个相邻的第二金属电极之间，第一栅层和第二栅层连接形成HEMT的栅极，第一方向与第二方向垂直且与第二半导体层的厚度方向垂直。该HEMT的隔离度和功率容量大。

Description

HEMT与单刀双掷开关电路
技术领域
本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种HEMT与单刀双掷开关电路。
背景技术
在现代射频以及微波***中，固态开关发挥着至关重要的作用。固态开关的主要功能是对接收通道或者发射通道的信号进行选择。
随着电子行业的飞速发展，传统的PIN二极管开关以及GaAs Phemt(HighElectron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)开关已经不能满足市场对其相应的性能需求。作为第三代宽禁带半导体的代表，基于GaN材料体系的研究与应用成为了研究的重要内容。GaN HEMT大功率开关电路的提出解决了上述开关电路发展过程中所遇到的瓶颈。
GaN具有大的带隙宽度、高的击穿电场、电子饱和速度高、良好的导热率、大的介电常数、小的高频噪声以及强的抗腐蚀能力等众多优点。得益于第三代宽禁带半导体GaN材料的发展，GaN HEMT的研究越来越广泛并且受到了越来越大的重视，GaN HEMT最大的优势在于其异质结构可以产生二维电子气(2DEG)，也具有以下众多优点：无电离杂质散射效应，二维电子气密度高达2.15×1013cm-2，迁移率高达1500cm2/V·s等。GaN HEMT作为开关器件，不仅具开关速度极高约为几个纳秒的优势，同时GaN HEMT开关器件具有大的功率容量，高的导热率、强的耐高温特性以及抗辐照能力等优点。由于GaN HEMT制备工艺能与MIMIC(Microwave/Millimeter Wave Monolithic Integrated Circuit，微米/毫米波单片集成电路)工艺兼容，***复杂度低、大大的减小了MMIC电路在制作过程中的生产成本，并且满足了现在微波集成电路对于芯片具有高集成度的要求。
目前，5G网络提出以后，通信中对开关电路的性能要求越来高，需求量也越来越大。另外在T/R(Transmitter/Receiver，发送和接收)***中对单刀双掷开关电路电路的性能和需求也越来越大。近年来，关于GaN HEMT单刀双掷开关电路电路的研究低频到高频，从窄带到宽带，发展迅速。但性能还不能满足当前的性能需求，因此，研究出具有低***损耗、高隔离度、大功率容量、高开关速度、高集成度的GaN HEMT单刀双掷开关电路电路有着重要的意义。
在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种HEMT与单刀双掷开关电路，以解决现有技术中单刀双掷开关电路隔离度低的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种HEMT，该HEMT包括两个沿第一方向设置的子HEMT，各上述子HEMT包括依次叠置的衬底、第一半导体层、第二半导体层以及金属电极，其中，上述第二半导体层的材料的带隙宽度大于上述第一半导体层的材料的带隙宽度，上述金属电极有多个，且多个上述金属电极中包括多个第一金属电极和多个第二金属电极，上述第一金属电极和上述第二金属电极沿上述第一方向依次设置，多个上述第一金属电极沿第二方向间隔设置，多个上述第二金属电极沿上述第二方向间隔设置，上述HEMT还包括位于上述第二半导体层的表面上的多个栅层，多个上述栅层中包括沿上述第一方向依次设置的第一栅层和第二栅层，上述第一栅层位于相邻的两个上述第一金属电极之间，上述第二栅层位于两个相邻的上述第二金属电极之间，上述第一栅层和上述第二栅层连接形成上述HEMT的栅极，上述第一方向与上述第二方向垂直且与上述第二半导体层的厚度方向垂直。
进一步地，上述HEMT还包括：成核层，位于上述衬底和上述第一半导体层之间。
进一步地，上述HEMT还包括：***层，位于在上述第一半导体层和上述第二半导体层之间，上述***层用于促进上述第一半导体层和上述第二半导体层之间产生的二维电子气的激发。
进一步地，上述第一半导体层为GaN层，上述第二半导体层为AlGaN层。
进一步地，上述成核层为AlN层。
进一步地，上述***层为AlN层。
进一步地，各上述栅层沿上述第二方向的宽度小于0.5μm，优选为0.25μm；相任意邻的两个上述第一金属电极和/或任意相邻的两个上述第二金属电极在上述第一方向上的重合宽度为栅宽，上述栅宽在50～150μm之间，优选为100μm。
根据本申请的另一方面，提供了一种单刀双掷开关电路，包括HEMT，上述HEMT为任一种上述的HEMT。
进一步地，上述单刀双掷开关电路包括信号输入端、第一电压控制端、第二电压控制端、第一信号输出端以及第二信号输出端，上述信号输入端所在的支路为中心支路，上述中心支路的两侧的支路关于上述中心支路对称且相同，上述中心支路的一侧支路为第一侧支路，上述中心支路的另一侧支路为第二侧支路，上述第一侧支路包括多个第一侧HEMT，上述第二侧支路包括多个第二侧HEMT，上述第一侧HEMT与上述第二侧HEMT一一对应关于上述中心支路对称且相同，上述第一侧HEMT的栅极与上述第一电压控制端电连接，上述第一侧HEMT的漏极接地，上述第一侧HEMT的源极位于上述第一信号输出端与上述信号输入端之间的支路上，上述第二侧HEMT的栅极与上述第二电压控制端电连接，上述第二侧HEMT的漏极接地，上述第二侧HEMT的源极位于上述第二信号输出端与上述信号输入端之间的支路上。
进一步地，上述单刀双掷开关电路还包括多个栅极电阻，各上述第一侧HEMT的栅极通过一个上述栅极电阻与上述第一电压控制端电连接，各上述第二侧HEMT的栅极通过一个上述栅极电阻与上述第二电压控制端电连接。
进一步地，上述单刀双掷开关电路还包括多段微带线，各上述HEMT的源极通过上述微带线与上述信号输入端电连接，上述第一侧支路和上述第二侧支路均包括多个微带线。
进一步地，上述单刀双掷开关电路还包括电容，上述中心支路的另一端为接地端，上述电容串联在上述接地端与上述信号输入端之间。
进一步地，上述第一侧HEMT有三个，分别为第一HEMT、第二HEMT与第三HEMT，上述第二侧HEMT有三个，分别为第四HEMT、第五HEMT与第六HEMT，上述第一HEMT与上述第四HEMT对称且相同，上述第二HEMT与上述第五HEMT对称且相同，上述第三HEMT与上述第六HEMT对称且相同；上述栅极电阻有六个，关于上述中心支路对称的两个上述栅极电阻相同；上述微带线有八段，分别为第一段微带线、第二段微带线、第三段微带线、第四段微带线、第五段微带线、第六段微带线、第七段微带线和第八段微带线，上述第一段微带线和上述第二段微带线串联在上述第一HEMT的源极与上述信号输入端之间的支路上，上述第三段微带线串联在上述第一HEMT的源极与上述第二HEMT的源极之间的支路上，上述第四段微带线串联在上述第二HEMT的源极与上述第三HEMT的源极之间的支路上，上述第五段微带线串联在上述第四HEMT的源极与上述第一段微带线之间的支路上，上述第六段微带线串联在上述第四HEMT的源极与上述第五HEMT的源极之间的支路上，上述第七段微带线串联在上述第五HEMT的源极与上述第六HEMT的源极之间的支路上，上述第八段微带线串联在上述第一段微带线和上述接地端之间的支路上，关于上述中心支路对称的两段上述微带线相同；上述电容有一个，上述电容串联在上述接地端与上述第八段微带线之间。
进一步地，上述栅极电阻的阻值在4～20KΩ之间，优选为10KΩ。
进一步地，上述单刀双掷开关电路还包括两个偏置线，两个上述偏置线分别向上述第一电压控制端和上述第二电压控制端提供电压。
应用本申请的技术方案，等效为两个子HEMT的串联形成的，两个子HEMT共用衬底、第一半导体层和第二半导体层，这两个子HEMT的栅层连接，使得该HEMT的栅宽(相任意邻的两个上述第一金属电极和/或任意相邻的两个上述第二金属电极在上述第一方向上的重合宽度为栅宽)有一定的增大，同等条件下器件的功率容量会增大，进而当其应用在开关电路中时，可以提升该开关电路的功率容量；并且，上述HEMT由于可以等效两个器件串联，因此当器件处于关断状态时，对输入信号进行了两次隔断，因此器件的隔离度增大，进而当该HEMT应用在单刀双掷开关电路中，可以提升该电路的隔离度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明实施例的HEMT器件的截面示意图；
图2为根据本发明实施例的单刀双掷开关电路拓扑示意图；
图3为根据本发明实施例的单刀双掷开关器件的局部俯视结构示意图；
图4为图2所示的电路的输入端口的频率-输入回波损耗的仿真关系曲线；
图5为图2所示的电路的输出端口的频率-输出回波损耗的仿真关系曲线；
图6为图2所示的电路的频率-***损耗的仿真关系曲线；以及
图7为图2所示的电路的频率-隔离度的仿真关系曲线。
其中，上述附图包括以下附图标记：
11、衬底；12、成核层；13、第一半导体层；14、第二半导体层；15、金属电极；16、栅层；151、第一金属电极；152、第二金属电极；161、第一栅层；162、第二栅层；20、L型金属；M1、第一HEMT；M2、第二HEMT；M3、第三HEMT；M4、第四HEMT；M5、第五HEMT；M6、第六HEMT；R1、第一栅极电阻；R2、第二栅极电阻；R3、第三栅极电阻；R4、第四栅极电阻；R5、第五栅极电阻；R6、第六栅极电阻；L1、第一段微带线；L2、第二段微带线；L3、第三段微带线；L4、第四段微带线；L5、第五段微带线；L6、第六段微带线；L7、第七段微带线；L8、第八段微带线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及上面的权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的单刀双掷开关电路的隔离度较低，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种HEMT与单刀双掷开关电路。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种HEMT，如图1所示，该HEMT包括依次叠置的衬底11、第一半导体层13、第二半导体层14以及金属电极15，其中，上述第二半导体层14的材料的带隙宽度大于上述第一半导体层13的材料的带隙宽度，二者形成异质结，并且在二者之间产生二维电子气(2DEG)，且如图3所示，上述金属电极15有多个，且多个金属电极15中包括多个第一金属电极151和多个第二金属电极152，即多个金属电极中，分为两种，一种是第一金属电极151，另一种是第二金属电极152，上述第一金属电极151和上述第二金属电极152沿第一方向依次设置，且第一金属电极151和第二金属电极152都有多个，多个上述第一金属电极151沿第二方向间隔设置，且多个第一金属电极151中，有的为源极，剩下的为漏极。且多个上述第二金属电极152沿上述第二方向间隔设置，多个第二金属电极152中，有的为源极，剩下的为漏极。上述HEMT还包括位于上述第二半导体层的表面上的多个栅层16，多个上述栅层16中包括沿上述第一方向依次设置的第一栅层161和第二栅层162，上述第一栅层161位于两个相邻上述第一金属电极151之间，上述第二栅层162位于相邻的两个上述第二金属电极152之间，上述第一栅层161和上述第二栅层162连接形成上述HEMT的栅极，上述第一方向与上述第二方向垂直且与上述第二半导体层的厚度方向垂直，实际上第一方向就是垂直纸面或者电脑显示屏的方向，所以在图1中只能看到一个栅层16。
需要说明的是，上述第一金属电极和第二金属电极均至少有两个，第一栅层和第二栅层也可以均有多个，第一栅层的数量和第二栅层的数量可以根据第一金属电极的数量和第二金属电极的数量来决定。当包括多个第一栅层和多个第二栅层时，每个第一栅层设置在相邻的两个第一金属电极之间，即一个第一栅层对应两个相邻的第一金属电极，例如，第一金属电极有三个，第一栅层有两个，则两个第一栅层分别设置在三个第一金属电极形成两个间隔中。
如图3所示，由于该HEMT中的两个子HEMT均为4指串联器件，每个指对应两个第一金属电极151或者两个第二金属电极152，同时对应一个第一栅层161或一个第二栅层162，每个子HEMT中包括五个金属电极，其中三个金属电极形成一个“E”字形(两个“E”的方向不同)，另两个金属电极形成“]”字形(两个“]”的方向不同)，且实际上，两个子HEMT中的四个金属电极形成一个“工”字形，这四个金属电极的材料可以相同。四个第一栅层161连接在一起，四个第二栅层162连接在一起，且第一栅层161和第二栅层162通过一个L型金属20连接在一起，该L型金属20实际上就是后面提及的栅极电阻。
上述的HEMT为双栅器件，等效为两个子HEMT的串联形成的，两个子HEMT共用衬底、第一半导体层和第二半导体层，这两个子HEMT的栅层连接，使得该HEMT的栅宽(相任意邻的两个上述第一金属电极和/或任意相邻的两个上述第二金属电极在上述第一方向上的重合宽度为栅宽)有一定的增大，同等条件下器件的功率容量会增大，进而当其应用在开关电路中时，可以提升该开关电路的功率容量；并且，上述HEMT由于可以等效两个器件串联，因此当器件处于关断状态时，对输入信号进行了两次隔断，因此器件的隔离度增大，进而当该HEMT应用在单刀双掷开关电路中，可以提升该电路的隔离度。
为了进一步保证形成性能较好的第一半导体层13，进而保证该HEMT具有较好的性能，本申请的一种实施例中，如图1所示，该HEMT还包括成核层12，位于上述衬底11和上述第一半导体层13之间。
成核层12的材料可以根据具体的第一半导体层13的材料以及衬底11层的材料来选择，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成该成核层12。
为了进一步促进上述第一半导体层13和上述第二半导体层14之间产生的二维电子气的激发，进而提高该HEMT的工作速率，本申请的一种图中未示出的实施例中，上述HEMT还包括***层，位于在上述第一半导体层13和上述第二半导体层14之间。
***层的材料可以根据第一半导体层13的材料与第二半导体层14的材料来选择，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成该***层。
一种具体的实施例中，上述第一半导体层13为GaN层，上述第二半导体层14为AlGaN层，这两种材料的选择，能够进一步提升该HEMT的工作速率，当其作为开关器件时，开关速度极高约为几个纳秒，同时该HEMT具有大的功率容量，高的导热率、强的耐高温特性以及抗辐照能力等优点。并且该HEMT制备工艺能与MIMIC(Microwave/Millimeter WaveMonolithic Integrated Circuit，微米/毫米波单片集成电路)工艺兼容，***复杂度低、大大的减小了MMIC电路在制作过程中的生产成本，并且满足了现在微波集成电路对于芯片具有高集成度的要求。
当上述第一半导体层13为GaN层时，为了形成性能较好的第一半导体层13，本申请的一种实施例中，上述成核层12为AlN层。
当上述第一半导体层13为GaN层，上述第二半导体层14为AlGaN层时，为了更好地促进上述第一半导体层13和上述第二半导体层14之间产生的二维电子气的激发，上述***层为AlN层。
本申请的一种实施例中，为了进一步提升采用该HEMT作为开关器件的开关电路的隔离度以及功率性能，本申请的一种实施例中，上述各上述栅层16沿上述第二方向的宽度小于0.5μm，优选为0.25μm；相任意邻的两个上述第一金属电极151和/或任意相邻的两个上述第二金属电极152在上述第一方向上的重合宽度为栅宽W，图3中所示，上述栅宽在50～150μm之间，优选为100μm。图3中，该HEMT器件的总栅宽为800μm，由于图3中的两个子HEMT均为4指串联器件，即每个子HEMT有四个栅宽，每个栅宽均为100μm，每个子HEMT的栅宽为400μm，两个子HEMT的总栅宽为800μm。
本申请中的HEMT中的衬底11的材料可以是现有技术中的任何可以形成衬底11的材料，比如单晶硅、蓝宝石、有机半导体材料、玻璃、单晶锗、GaAs与InP等等。具体地，可以根据第一半导体层13的材料来选择对应的衬底11的材料，当第一半导体层13为GaN层时，优选衬底11为SiC。
本申请的栅层16的材料选自Au、Ag、Al、Pt、Ni、Ti、Pd、Pt、Mo、W、Cr、Ta、TiN与TaN中的至少一种，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成本申请的栅层16。
本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种单刀双掷开关电路，包括HEMT，该HEMT为任一种上述的HEMT。
该单刀双掷开关电路由于包括上述的HEMT，由于上述的使得该开关电路的隔离度较高，且功率容量较大。
为了进一步提升该开关电路的性能，在***中快速完成信号的切换，本申请的一种实施例中，所设计的拓扑结构呈完全对称形式，如图2所示，上述单刀双掷开关电路包括信号输入端RFin、第一电压控制端Vg、第二电压控制端Vg'、第一信号输出端RFout1以及第二信号输出端RFout2，上述信号输入端RFin所在的支路为中心支路50，第一信号输出端RFout1与第二信号输出端RFout2并未在该中心支路50上，且上述中心支路50的两侧的支路关于上述中心支路50对称且相同，此处的相同是指两侧的支路中的器件完全相同，上述中心支路50的一侧支路为第一侧支路，上述中心支路50的另一侧支路为第二侧支路，上述第一侧支路包括多个第一侧HEMT，上述第二侧支路包括多个第二侧HEMT，上述第一侧HEMT与上述第二侧HEMT一一对应关于上述中心支路50对称且相同，即位置对称结构完全相同，上述第一侧HEMT的栅极与上述第一电压控制端电连接，上述第一侧HEMT的漏极接地，上述第一侧HEMT的源极位于上述第一信号输出端RFout1与上述信号输入端RFin之间的支路上，上述第二侧HEMT的栅极与上述第二电压控制端RFout2电连接，上述第二侧HEMT的漏极接地，上述第二侧HEMT的源极位于上述第二信号输出端RFout2与上述信号输入端RFin之间的支路上。
实际上，本申请的HEMT的每端连接方式并不限于上述的方式，还可以将上述的源极与漏极的连接方式互换，即漏极位于信号输出端与信号输入端之间的支路上，源极接地。
为了使得电路中的器件更好地匹配，从而进一步优化单刀双掷开关电路的性能，本申请的一种实施例中，如图3所示，上述单刀双掷开关电路还包括多个栅极电阻，各上述第一侧HEMT的栅极通过一个上述栅极电阻与上述第一电压控制端电连接，各上述第二侧HEMT的栅极通过一个上述栅极电阻与上述第二电压控制端电连接，由于中心支路50两侧的支路是对称的，所以中心支路50两侧的支路中的栅极电阻是一一对应对称的，且对称的两个栅极电阻是相同的。优选电阻类型是有源电阻，可以更好的防止信号从栅极泄露，优化***损耗性能，提升整体电路水平。
本申请的另一种实施例中，如图3所示，上述单刀双掷开关电路还包括多段微带线，各上述HEMT的源极通过上述微带线与上述信号输入端RFin电连接，上述第一侧支路和上述第二侧支路均包括多个微带线，并且，由于中心支路50两侧的支路是对称的，所以第一侧支路中的微带线和第二侧支路的微带线的位置对称，且位置对称的两个微带线是相同的。
为了更好地匹配，使本申请的单刀双掷开关电路的性能更加，本申请的一种实施例中，如图3所示，上述单刀双掷开关电路还包括电容，上述中心支路50的另一端为接地端，上述电容串联在上述接地端与上述信号输入端之间。
为了进一步优化该单刀双掷开关电路的隔离度、功率容量以及***损耗等特性，一种具体的实施例中，上述第一侧HEMT有三个，分别为第一HEMT M1、第二HEMT M2与第三HEMT M3，上述第二侧HEMT有三个，分别为第四HEMT M4、第五HEMT M5与第六HEMT M6，上述第一HEMT M1与上述第四HEMT M4对称且相同，上述第二HEMT M2与上述第五HEMT M5对称且相同，上述第三HEMT M3与上述第六HEMT M6对称且相同；上述栅极电阻有六个，关于上述中心支路50对称的两个上述栅极电阻相同；上述微带线有八段，分别为第一段微带线L1、第二段微带线L2、第三段微带线L3、第四段微带线L4、第五段微带线L5、第六段微带线L6、第七段微带线L7和第八段微带线L8，上述第一段微带线L1和上述第二段微带线L2串联在上述第一HEMT M1的源极与上述信号输入端RFin之间的支路上，上述第三段微带线L3串联在上述第一HEMT M1的源极与上述第二HEMT M1的源极之间的支路上，上述第四段微带线L4串联在上述第二HEMT M2的源极与上述第三HEMT M3的源极之间的支路上，上述第五段微带线L5串联在上述第四HEMT M4的源极与上述第一段微带线L1之间的支路上，上述第六段微带线L6串联在上述第四HEMT M4的源极与上述第五HEMT M5的源极之间的支路上，上述第七段微带线L7串联在上述第五HEMT M5的源极与上述第六HEMT M6的源极之间的支路上，上述第八段微带线L8串联在上述第一段微带线L1和上述接地端之间的支路上，关于上述中心支路50对称的两段上述微带线相同；上述电容有一个，上述电容串联在上述接地端与上述第八段微带线L8之间。
为了更好地控制信号从栅极泄露，在器件栅极设置偏置电阻，本申请的一种实施例中，上述栅极电阻的阻值在4～20KΩ之间，优选为10KΩ。
本申请的再一种实施例中，上述单刀双掷开关电路还包括两个偏置线，两个上述偏置线分别向上述第一电压控制端和上述第二电压控制端提供电压。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将以图3所示的电路为例说明本申请的单刀双掷开关电路的工作原理。
实施例
如图2所示，该电路中包括六个HEMT，分别为第一HEMT M1、第二HEMT M2、第三HEMTM3第四HEMT M4、第五HEMT M5与第六HEMT M6；还包括八段微带线，分别为第一段微带线L1、第二段微带线L2、第三段微带线L3、第四段微带线L4、第五段微带线L5、第六段微带线L6、第七段微带线L7和第八段微带线L8；还包括六个栅极电阻，分别是第一栅极电阻R1、第二栅极电阻R2、第三栅极电阻R3、第四栅极电阻R4、第五栅极电阻R5以及第六栅极电阻R6；还包括一个电容C，在电路中起到匹配作用，使电路性能更好；还包括偏置线(图中未示出)，偏置线提供控制开关器件开启/关断所需的栅极电压为0/-5V，实现信号在不同偏压下开启和关断两种状态之间的切换。这些电路器件的位置参见图2，且对称设置的两个器件完全相同。
其中，如图1所示，各HEMT包括衬底11、成核层12、第一半导体层13、第二半导体层14、多个金属电极15以及多个栅层16，其中，衬底11层为SiC层、上述第一半导体层13为GaN层，成核层12为AlN层，上述第二半导体层14为AlGaN层，各金属电极15为Ti/Al/Ti/Au(即Ti层、Al层、Ti层与Au层依次叠置)形成的叠层电极，各栅层16是Ti/Au形成的叠层(即一个Ti层与一个Au层叠置)，多个金属电极15分为多个第一金属电极151和多个第二金属电极152，具体的分布见图3所示，各金属电极15与第二半导体层14的接触为欧姆接触，多个栅层16分为第一栅层161和第二栅层162，各第一栅层161设置在相邻的两个第一金属电极151之间，各第二栅层162设置在相邻的两个第二金属电极152之间，各栅层16与第二半导体层14的接触为肖特基接触，第一栅层161和第二栅层162连接形成HEMT的栅极，各栅层16沿上述第二方向的宽度为0.25μm；各栅宽W为100μm。栅极通过10KΩ的栅极电阻连接到栅极pad上(图中未示出)。
当第一信号输出端RFout1的偏置线提供Vg＝-5V的栅极电压时，器件M1、M2和M3处于关断状态，此时器件中M1、M2和M3可被看作一个小的关断电容，第一侧支路处于导通状态，信号从信号输入端RFin进入从第一信号输出端RFout1输出，实现第一侧支路的开启状态；当第二信号输出端RFout2的偏置线提供Vg'＝0V的栅极时，器件M4、M5和M6处于开启状态，器件M4、M5和M6等效为一个非常小的串联电阻，近似于理想导通，第二侧支路处于隔离状态，信号从信号输入端RFin输入，途径各HEMT时会从HEMT流入到地，不会从第二信号输出端RFout2输出，实现电路的关闭状态。
两侧支路为一开启一关闭的状态，上段中为第一侧支路开启，第二侧支路关闭的状态，还可以是第一侧支路关闭，第二侧支路开启的状态，具体的实现方法可以参见上段的内容。
采用模拟软件对该实施例的单刀双掷开关电路的性能进行仿真模拟，得到图4至图7的仿真曲线，图4为该电路的输入端口的频率与输入回波损耗的仿真关系曲线；图5为该电路的输出端口的频率与输出回波损耗的仿真关系曲线；图6为该电路的频率与***损耗的仿真关系曲线；图7为该电路的频率与隔离度的仿真关系曲线，由这些图可以看出，该电路的输入回波损耗较小，输出回波损耗较小，***损耗较小且隔离度较高。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请的HEMT为双栅器件，等效为两个子HEMT的串联形成的，两个子HEMT共用衬底、第一半导体层和第二半导体层，这两个子HEMT的栅层连接，使得该HEMT的栅宽(相任意邻的两个上述第一金属电极和/或任意相邻的两个上述第二金属电极在上述第一方向上的重合宽度为栅宽)有一定的增大，同等条件下器件的功率容量会增大，进而当其应用在开关电路中时，可以提升该开关电路的功率容量；并且，上述HEMT由于可以等效两个器件串联，因此当器件处于关断状态时，对输入信号进行了两次隔断，因此器件的隔离度增大，进而当该HEMT应用在单刀双掷开关电路中，可以提升该电路的隔离度。
2)、本申请的单刀双掷开关电路由于包括上述的HEMT，由于上述的使得该开关电路的隔离度较高，且功率容量较大。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种HEMT，其特征在于，所述HEMT包括两个沿第一方向设置的子HEMT，各所述子HEMT包括依次叠置的衬底、第一半导体层、第二半导体层以及金属电极，其中，所述第二半导体层的材料的带隙宽度大于所述第一半导体层的材料的带隙宽度，所述金属电极有多个，且多个所述金属电极中包括多个第一金属电极和多个第二金属电极，所述第一金属电极和所述第二金属电极沿所述第一方向依次设置，多个所述第一金属电极沿第二方向间隔设置，多个所述第二金属电极沿所述第二方向间隔设置，所述HEMT还包括位于所述第二半导体层的表面上的多个栅层，多个所述栅层中包括沿所述第一方向依次设置的第一栅层和第二栅层，所述第一栅层位于相邻的两个所述第一金属电极之间，所述第二栅层位于两个相邻的所述第二金属电极之间，所述第一栅层和所述第二栅层连接形成所述HEMT的栅极，所述第一方向与所述第二方向垂直且与所述第二半导体层的厚度方向垂直，
各所述栅层沿所述第二方向的宽度小于0.5μm；任意相邻的两个所述第一金属电极和/或任意相邻的两个所述第二金属电极在所述第一方向上的重合宽度为栅宽，所述栅宽在50～150μm之间。
2.根据权利要求1所述的HEMT，其特征在于，所述HEMT还包括：
成核层，位于所述衬底和所述第一半导体层之间。
3.根据权利要求2所述的HEMT，其特征在于，所述HEMT还包括：
***层，位于在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间，所述***层用于促进所述第一半导体层和所述第二半导体层之间产生的二维电子气的激发。
4.根据权利要求3所述的HEMT，其特征在于，所述第一半导体层为GaN层，所述第二半导体层为AlGaN层。
5.根据权利要求4所述的HEMT，其特征在于，所述成核层为AlN层。
6.根据权利要求4所述的HEMT，其特征在于，所述***层为AlN层。
7.根据权利要求1所述的HEMT，其特征在于，各所述栅层沿所述第二方向的宽度为0.25μm。
8.根据权利要求1所述的HEMT，其特征在于，所述栅宽为100μm。
9.一种单刀双掷开关电路，包括HEMT，其特征在于，所述HEMT为权利要求1至8中任一项所述的HEMT。
10.根据权利要求9所述的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述单刀双掷开关电路包括信号输入端、第一电压控制端、第二电压控制端、第一信号输出端以及第二信号输出端，所述信号输入端所在的支路为中心支路，所述中心支路的两侧的支路关于所述中心支路对称且相同，所述中心支路的一侧支路为第一侧支路，所述中心支路的另一侧支路为第二侧支路，所述第一侧支路包括多个第一侧HEMT，所述第二侧支路包括多个第二侧HEMT，所述第一侧HEMT与所述第二侧HEMT一一对应关于所述中心支路对称且相同，所述第一侧HEMT的栅极与所述第一电压控制端电连接，所述第一侧HEMT的漏极接地，所述第一侧HEMT的源极位于所述第一信号输出端与所述信号输入端之间的支路上，所述第二侧HEMT的栅极与所述第二电压控制端电连接，所述第二侧HEMT的漏极接地，所述第二侧HEMT的源极位于所述第二信号输出端与所述信号输入端之间的支路上。
11.根据权利要求10所述的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述单刀双掷开关电路还包括多个栅极电阻，各所述第一侧HEMT的栅极通过一个所述栅极电阻与所述第一电压控制端电连接，各所述第二侧HEMT的栅极通过一个所述栅极电阻与所述第二电压控制端电连接。
12.根据权利要求11所述的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述单刀双掷开关电路还包括多段微带线，各所述HEMT的源极通过所述微带线与所述信号输入端电连接，所述第一侧支路和所述第二侧支路均包括多个微带线。
13.根据权利要求12所述的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述单刀双掷开关电路还包括电容，所述中心支路的另一端为接地端，所述电容串联在所述接地端与所述信号输入端之间。
14.根据权利要求13所述的单刀双掷开关电路，其特征在于，
所述第一侧HEMT有三个，分别为第一HEMT、第二HEMT与第三HEMT，所述第二侧HEMT有三个，分别为第四HEMT、第五HEMT与第六HEMT，所述第一HEMT与所述第四HEMT对称且相同，所述第二HEMT与所述第五HEMT对称且相同，所述第三HEMT与所述第六HEMT对称且相同；
所述栅极电阻有六个，关于所述中心支路对称的两个所述栅极电阻相同；
所述微带线有八段，分别为第一段微带线、第二段微带线、第三段微带线、第四段微带线、第五段微带线、第六段微带线、第七段微带线和第八段微带线，所述第一段微带线和所述第二段微带线串联在所述第一HEMT的源极与所述信号输入端之间的支路上，所述第三段微带线串联在所述第一HEMT的源极与所述第二HEMT的源极之间的支路上，所述第四段微带线串联在所述第二HEMT的源极与所述第三HEMT的源极之间的支路上，所述第五段微带线串联在所述第四HEMT的源极与所述第一段微带线之间的支路上，所述第六段微带线串联在所述第四HEMT的源极与所述第五HEMT的源极之间的支路上，所述第七段微带线串联在所述第五HEMT的源极与所述第六HEMT的源极之间的支路上，所述第八段微带线串联在所述第一段微带线和所述接地端之间的支路上，关于所述中心支路对称的两段所述微带线相同；
所述电容有一个，所述电容串联在所述接地端与所述第八段微带线之间。
15.根据权利要求11所述的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述栅极电阻的阻值在4～20KΩ之间。
16.根据权利要求15所述的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述栅极电阻的阻值为10KΩ。
17.根据权利要求10所述的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述单刀双掷开关电路还包括两个偏置线，两个所述偏置线分别向所述第一电压控制端和所述第二电压控制端提供电压。
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