Мощный вч и свч транзистор



Мощный вч и свч транзистор
Мощный вч и свч транзистор
Мощный вч и свч транзистор

 


Владельцы патента RU 2403650:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и позволяет увеличить коэффициент усиления по мощности ВЧ и СВЧ транзистора, в котором на противоположных сторонах одной из обкладок конденсатора внутреннего входного согласующего LC-звена располагаются контакты проводников (КП), соединяющих обкладку с эмиттерным выводом корпуса, и КП, соединяющих ее с эмиттерными областями транзисторных ячеек (ТЯ), причем некоторые из последних КП располагаются на металлизированных полосках (МП), ограниченных краем обкладки и перпендикулярными ему выемками. Для этого длины и ширины МП выбираются таким образом, чтобы за счет пропорциональных их отношению сопротивлений МП частично или полностью реализовать соответствующие стабилизирующие сопротивления (СС) между эмиттерными областями ТЯ и обкладкой конденсатора, обеспечивающие равномерный разогрев ТЯ в рабочем режиме. Это позволяет уменьшить площадь находящихся под потенциалом эмиттера конструкционных элементов ТЯ и тем самым уменьшить паразитную проходную емкость «коллектор-эмиттер». 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных ВЧ и СВЧ полупроводниковых приборов.

Известен мощный ВЧ и СВЧ транзистор, содержащий диэлектрическое основание, на котором размещен конденсатор, первая обкладка которого соединена с проволочными проводниками с входным электродом и металлизацией первых активных областей транзисторных ячеек, расположенных на полупроводниковой подложке, а вторая обкладка соединена с электродом общего вывода и металлизацией вторых активных областей транзисторных ячеек [1]. В целях стабилизации распределения тепловой мощности по транзисторным ячейкам и уменьшения положительной тепловой обратной связи в цепь эмиттера каждой транзисторной ячейки последовательно включено стабилизирующее сопротивление rэ в виде тонкопленочного или диффузионного балластного резистора. Наличие балластных резисторов уменьшает вероятность отказа транзисторной структуры вследствие теплового пробоя и позволяет увеличить ее выходную мощность [2].

Недостатком такого транзистора является снижение коэффициента усиления по мощности КУР по мере повышения равномерности распределения мощности по транзисторным ячейкам, обеспечиваемого увеличением сопротивлений балластных резисторов rэ [3].

В другом мощном ВЧ и СВЧ транзисторе балластные резисторы, сформированные каждый вблизи соответствующей ему транзисторной ячейки, имеют различные сопротивления rэi, i=1, …, N, определяемые пространственным взаиморасположением транзисторных ячеек. Это позволяет увеличить входные сопротивления подверженных перегреву транзисторных ячеек, тем самым уменьшив их тепловую положительную обратную связь, без увеличения входных сопротивлений других транзисторных ячеек и приводящего к заметному снижению КУР, повышению входного сопротивления транзисторной структуры в целом.

Недостатком такой транзисторной структуры является увеличение паразитных емкостей «эмиттер-коллектор» за счет увеличения площадей отдельных балластных резисторов, что приводит к снижению коэффициента усиления по мощности и КПД транзистора [4].

Наиболее близким по совокупности признаков является мощный ВЧ и СВЧ транзистор, в котором ряды проводников, соединяющих первую обкладку с входным электродом и металлизацией первых активных областей транзисторных ячеек, присоединяются к обкладке на ее противоположных краях [5].

Увеличение проходной емкости «эмиттер-коллектор» при увеличении последовательных стабилизирующих сопротивлений в цепи эмиттера транзисторных ячеек, обеспечивающем повышение выходной мощности транзистора и снижение вероятности отказа транзистора вследствие теплового пробоя, препятствует достижению максимального значения коэффициента усиления по мощности транзистора.

Увеличение сопротивлений стабилизирующих резисторов rэi приводит к увеличению рассеиваемой в коллекторе мощности [6], следовательно - мощности, передаваемой в нагрузку [7]. Однако при этом увеличивается длина резистора и его площадь, а следовательно, площадь верхней обкладки паразитного конденсатора «эмиттер-коллектор» СКЭ, образованной резистором и металлизацией эмиттера над коллектором. Общим следствием увеличения сопротивления rэi является увеличение проходной емкости «эмиттер-коллектор» и снижение коэффициента усиления по мощности транзистора КУР [4].

Заявляемое изобретение предназначено для уменьшения паразитной емкости «коллектор-эмиттер» транзистора за счет уменьшения площади элементов, находящихся под потенциалом эмиттера и расположенных на полупроводниковой подложке, и при его осуществлении может быть увеличен коэффициент усиления по мощности транзистора.

Вышеуказанная задача решается тем, что в известном мощном ВЧ и СВЧ транзисторе, содержащем диэлектрическое основание, на котором размещен конденсатор, первая обкладка которого соединена с базовым выводом корпуса и контактными площадками металлизации базовых областей, расположенных на полупроводниковой подложке транзисторных ячеек, один край второй обкладки соединен с эмиттерным выводом корпуса, а противоположный ему край второй обкладки соединен N проводниками с контактными площадками металлизации эмиттерных областей транзисторных ячеек, причем от края второй обкладки, соединенного с контактными площадками, с обеих сторон мест присоединения к обкладке M≤N проводников сделаны выемки, а сопротивления соединений эмиттерных областей со второй обкладкой конденсатора равны rэk, k=1, …, N, согласно изобретению, ширины участков между выемками wj и полусуммы длин смежных краев выемок слева и справа от участков lj удовлетворяют условиям:

где Δk и Δj - расстояния от расположенных между выемками мест присоединения соответствующих проводников до ближайшего края второй обкладки.

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно, уменьшение потерь мощности в полосе рабочих частот транзистора, достигается за счет того, что в промежутках выемок в обкладке конденсатора, сформированных в соответствии с условиями (3), образуются дорожки, сопротивление которых позволяет частично или полностью реализовать разницу между сопротивлениями rэk, тем самым уменьшив площадь балластных резисторов с повышенными значениями rэk, или частично, или полностью реализовать весь набор сопротивлений, стабилизирующих сопротивлений rэk, тем самым уменьшив или сведя к нулю площадь всех балластных резисторов. Поскольку балластные резисторы расположены на полупроводниковой подложке над коллекторной областью и находятся под потенциалом эмиттера, уменьшение их площади приводит к уменьшению паразитной емкости «коллектор-эмиттер» транзистора.

На чертеже схематично показан заявляемый мощный ВЧ и СВЧ транзистор.

Мощный ВЧ и СВЧ транзистор состоит из диэлектрического основания 1, на котором расположены конденсатор 2 и полупроводниковая подложка 3 с транзисторными ячейками 4, для которых она является общей коллекторной областью. Первая обкладка 5 конденсатора соединена проводниками 6 с контактными площадками 7 металлизации базовых областей транзисторных ячеек 4 и непосредственно контактирует с металлизацией 8 базового вывода корпуса. Один край второй обкладки 9 соединен проводниками 6 с эмиттерным выводом корпуса 10, а противоположный ему край соединен N проводниками 6 с контактными площадками 11 металлизации эмиттерных областей транзисторных ячеек 4.

Первая обкладка 5 на чертеже показана нижней, а вторая обкладка 9 - верхней. С контактными площадками 11 и металлизацией эмиттерных областей транзисторных ячеек 4 контактируют своими противоположными краями балластные резисторы 12. Во второй обкладке 9 конденсатора 2 сформированы выемки 13, таким образом, что места присоединений отдельных проводников 6 к обкладке 9 оказываются в промежутках выемок 13. На чертеже также показаны: коллекторный вывод 14, соединенный с полупроводниковой подложкой 3 коллекторной металлизацией 15, а также проводящая балка 16, через которую контактные площадки 7 базовых областей транзисторных ячеек 4 дополнительно соединены проволочными проводниками 6 с металлизацией 8 базового вывода в целях уменьшения его индуктивности.

При работе мощного ВЧ и СВЧ транзистора в схеме с общей базой от расположенных между выемками 13 мест присоединения M≤N проводников 6 к краю второй обкладки 9 растекание токов эмиттера по поверхности обкладки ограничено металлическими полосками, ширина которых wk равна расстоянию между смежными краями образующих их выемок 13, а эффективная длина lk равна полусумме длин этих краев за вычетом расстояния Δk от места присоединения проводника 6 до ближнего края обкладки 9.

Сопротивление металлических полосок, включая сопротивление за счет наведения вихревых токов в первой (нижней) обкладке конденсатора и омическое сопротивление:

где wk и lk - ширина и эффективная длина полоски; D и σ1 - толщина и удельная проводимость материала первой обкладки конденсатора; h и σ2 - толщина и удельная проводимость материала второй (нижней) обкладки; и толщины скин-слоя соответственно в первой и второй обкладках конденсатора, µ0=4π·10-7 Гн/м - магнитная постоянная в СИ, µ1 и µ2 - относительные магнитные проницаемости материалов первой и второй обкладок.

Оптимальное распределение мощности транзисторным структурам 2 для достижения ее максимального значения и одновременно реализации максимального значения КУР достигается за счет реализации оптимального набора сопротивлений rэk, k=1, …, N, включенных между контактной металлизацией областей эмиттера транзисторных ячеек 4 и второй обкладкой 9 конденсатора внутреннего входного согласующего LC-звена.

Как следует из формул (2)-(4), сопротивление металлических полосок rпол k прямо пропорционально их эффективной длине lk и обратно пропорционально ширине wk. Таким образом, выполнение условия (1) позволяет полностью или частично реализовать разницу сопротивлений rэk, необходимых для оптимального распределения мощности по транзисторным ячейкам, за счет разницы сопротивлений rпол k, в свою очередь, создаваемой за счет различной эффективной длины lk и ширины wk промежутков между выемками 13. Увеличение сопротивления rэk для уменьшения мощности рассеиваемой транзисторной ячейкой, соединенной k-м проводником 6 со второй обкладкой 9 конденсатора относительно рассеиваемой мощности транзисторной ячейки с последовательным сопротивлением в цепи эмиттера rэj, соединенной с обкладкой 9 j-м проводником, может быть осуществлено путем уменьшения ширины wk k-го промежутка между выемками и его эффективной длины lk. Кроме того, за счет сопротивления металлической полоски rпол k, может быть частично или полностью реализовано сопротивление rэк≥rпол k. Это обеспечивает снижение, вплоть до нуля, сопротивлений балластных резисторов 12 с сопротивлениями rбkэk-rпол k, следовательно, уменьшение или сведение к нулю длины и площади балластных резисторов. Таким образом, снижается площадь верхней обкладки паразитного конденсатора и проходная емкость «коллектор-эмиттер», что обеспечивает увеличение коэффициента усиления по мощности транзисторной структуры.

Ограничение изменения ширины полосок правой частью неравенства (1) исключает выход реализуемых соотношений сопротивлений полосок rпол k/rпол j за пределы необходимых соотношений стабилизирующих сопротивлений rэk/rэj.

ЛИТЕРАТУРА

1. Hale R.I. Hybrid Transistor / R.I.Hale. - US Patent 4393392, Int. C1. H01L 23/02; US C1. 357/74. - 12.07.83.

2. Никишин В.И. Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов / В.И.Никишин, Б.К.Петров, В.Ф.Сыноров и др. - М.: Радио и связь, 1989. - стр.91.

3. Там же, стр.18, 30, 38.

4. Там же, стр.8, 11, 37.

5. RU 2328058 С1, ГОУВПО Воронежский государственный университет, 17.06.2008.

6. Никишин В.И. Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов / В.И.Никишин, Б.К.Петров, В.Ф.Сыноров и др. - М.: Радио и связь, 1989. - стр.102.

7. Там же, стр.6, 7.

8. Евстигнеев А.С. Параметры полосковой линии на полупроводниковой подложке / А.С.Евстигнеев // Электронная техника. Сер.2, Полупроводниковые приборы. - 1981. - Вып.5. - стр.32-37.

Мощный ВЧ и СВЧ транзистор, содержащий диэлектрическое основание, на котором размещен конденсатор, первая обкладка которого соединена с базовым выводом корпуса и контактными площадками металлизации базовых областей, расположенных на полупроводниковой подложке транзисторных ячеек, один край второй обкладки соединен с эмиттерным выводом корпуса, а противоположный ему край второй обкладки соединен N проводниками с контактными площадками металлизации эмиттерных областей транзисторных ячеек, причем от края второй обкладки, соединенного с контактными площадками, с обеих сторон мест присоединения к обкладке M≤N проводников сделаны выемки, а сопротивления соединений эмиттерных областей со второй обкладкой конденсатора равны rэk, k=1, …, N, отличающийся тем, что ширины участков между выемками wj и полусуммы длин смежных краев выемок слева и справа от участков lj удовлетворяют условиям:
,
где Δk и Δj - расстояния от расположенных между выемками мест присоединения соответствующих проводников до ближайшего края второй обкладки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. .

Изобретение относится к полупроводниковым приборам и приборам радиотехники и может быть использовано для смешивания сигналов в радиотехнической и радиоизмерительной аппаратуре и в микроэлектромеханических системах.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам и приборам радиотехники и может быть использовано для смешивания сигналов в радиотехнической и радиоизмерительной аппаратуре и в микроэлектромеханических системах.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам и приборам радиотехники и может быть использовано для смешивания сигналов в радиотехнической и радиоизмерительной аппаратуре, и в микроэлектромеханических системах.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам и приборам радиотехники и может быть использовано для смешивания сигналов в радиотехнической и радиоизмерительной аппаратуре и в микроэлектромеханических системах.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных ВЧ- и СВЧ-полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано в конструкциях мощных ВЧ- и СВЧ-полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к области конструирования и производства мощных СВЧ-транзисторов. .

Изобретение относится к цифровой технике и может быть использовано в качестве запоминающего устройства. .

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных СВЧ полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и позволяет увеличить коэффициент усиления по мощности мощной высокочастотной транзисторной структуры (ТС), в соединении эмиттерных областей (ЭО) которой с конденсатором входной согласующей цепи, сформированным на поверхности той же полупроводниковой подложки, реализованы различные стабилизирующие сопротивления (СС)

Изобретение относится к технологии микроэлектроники

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и наноэлектронике и может быть использовано при создании интегральных схем с элементами нанометровых размеров

Изобретение относится к микроэлектронике

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. Светотранзистор с высоким быстродействием, выполненный в виде биполярного транзистора с p-n-p или n-p-n-структурой, согласно изобретению в нем p-n-переход, на котором электроны переходят из p зоны в n зону, сформирован в виде светоизлучающего, а n-p-переход, на котором электроны переходят из n зоны в p зону - в виде фотопоглощающего, при этом они образуют интегральную оптопару внутри самого транзистора. Изобретение обеспечивает повышение быстродействия биполярных транзисторов в импульсном режиме работы. 1 ил.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники. Биполярный транзистор СВЧ на основе гетероэпитаксиальных структур включает последовательно размещенные на подложке из монокристаллического кремния р-типа проводимости буферный слой из A1N, слой из поликристаллического алмаза, имеющий толщину, по меньшей мере, равную 0,1 мкм, нелегированный буферный слой из GaN, субколлекторный слой из GaN n+типа проводимости, коллектор из GaN n-типа проводимости, базу из твердого раствора AlуGa1-уN, промежуточный слой из AlуGa1-уN р+типа проводимости, эмиттер, включающий AlxGa1-xN n-типа проводимости, контактные слои, омические контакты и слои изолирующего диэлектрического покрытия из поликристаллического алмаза. Кроме того, составы слоев из AlxGa1-xN и AlуGa1-уN выполнены различающимися и с неодинаковой концентрацией легирующей примеси. Изобретение позволяет повысить выходную СВЧ-мощность, уменьшить значения емкости эмиттера, сопротивления базы, емкости коллектор-база, граничных состояний гетеропереходов и обеспечивает повышенные значения эффективности эмиттера, предельной частоты, а также обеспечивает эффективный отвод тепла от активной области транзистора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний. СВЧ-транзистор содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. При этом базовая подложка из кремния выполнена толщиной не более 10 мкм, слой теплопроводящего поликристаллического алмаза имеет толщину по меньшей мере равную 0,1 мм, а на поверхности гетероэпитаксиальной структуры, изготовленной из SiGe, последовательно размещены между истоком, затвором и стоком дополнительный слой теплопроводящего поликристаллического алмаза и барьерные слои из двуокиси гафния и из оксида алюминия, при этом барьерные слои из двуокиси гафния и оксида алюминия имеют суммарную толщину 1,0-4,0 нм, а, кроме того, они размещены под затвором, непосредственно на барьерном канале. Технический результат изобретения заключается в получении высоких значений напряжения пробоя, уровня СВЧ-мощности, низких значений шумов, теплового сопротивления, токов утечки и потребляемой мощности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх