Мощная высокочастотная транзисторная структура



Мощная высокочастотная транзисторная структура
Мощная высокочастотная транзисторная структура
Мощная высокочастотная транзисторная структура
Мощная высокочастотная транзисторная структура

 


Владельцы патента RU 2403651:

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

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). Для этого ширина металлизированных полосок (МП), соединяющих отдельные ЭО с нижней обкладкой конденсатора, сужается по мере увеличения требуемого СС. Относительное уменьшение ширины МП не превышает отношение данного СС к минимальному. Это позволяет уменьшить площадь находящейся под потенциалом эмиттера металлизации поверхности подложки и за счет этого уменьшить паразитную проходную емкость «коллектор-эмиттер». 2 ил.

 

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

Известна мощная ВЧ и СВЧ транзисторная структура, содержащая полупроводниковую подложку, в которой сформирована коллекторная и N базовые области, каждая из включает в себя эмиттерную область, соединенную с металлизированной площадкой для присоединения проволочного проводника посредством балластного резистора сопротивлением rэ из материала с высоким удельным сопротивлением [1]. Наличие балластных резисторов уменьшает положительную тепловую обратную связь и предотвращает значительное перераспределение рабочих токов при повышении температуры коллекторных p-n-переходов, тем самым снижая вероятность отказа транзисторной структуры вследствие теплового пробоя и позволяя увеличить ее выходную мощность [2].

Недостатком такой транзисторной структуры является снижение коэффициента усиления по мощности КУР по мере стабилизации и повышения равномерности распределения мощности по областям транзисторной структуры, обеспечиваемым увеличением сопротивлений балластных резисторов rэ [3].

В другой мощной ВЧ и СВЧ транзисторной структуре балластные резисторы, один край каждого из которых контактирует с контактной металлизацией соответствующей эмиттерной области, а противоположный край - с металлизированной площадкой для присоединения проволочного проводника, имеют различные сопротивления rэi i=1, …, N, определяемые пространственным взаиморасположением N эмиттерных областей. Это позволяет увеличить входные сопротивления подверженных перегреву областей транзисторной структуры, тем самым уменьшив их тепловую положительную обратную связь, без увеличения входных сопротивлений других областей транзисторной структуры 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 транзисторной структуры и ее КПД [4].

Наиболее близкой по совокупности признаков является мощная СВЧ транзисторная структура, в которой контактная металлизация областей, находящихся под потенциалом общего вывода транзистора (эмиттерных в схеме с общим эмиттером, базовых в схеме с общей базой), контактирует непосредственно с верхней обкладкой конденсатора, сформированного на диэлектрическом покрытии полупроводниковой подложки, а металлизация оставшегося из двух типов областей (базовых в схеме с общим эмиттером, эмиттерных в схеме с общей базой) соединена с нижней обкладкой конденсатора посредством металлических полосок [5]. Это позволяет повысить коэффициент усиления по мощности и КПД транзисторной структуры путем снижения индуктивности общего вывода, а также увеличения однородности и воспроизводимости характеристик входных согласующих LC-звеньев отдельных областей транзисторной структуры, образованных сформированными на ее диэлектрическом поверхности конденсатором и металлическими полосками, за счет повышения воспроизводимости индуктивностей полосок.

Увеличение площади находящихся под рабочими потенциалами металлизированных участков на диэлектрическом покрытии полупроводниковой подложки препятствует достижению максимального значения коэффициента усиления по мощности транзисторной структуры.

Площадь металлизированных полосок, являющихся продолжением контактной металлизации активных областей транзисторной структуры, суммируется с площадью обкладки паразитного конденсатора, образованного металлизацией под потенциалом эмиттера или базы, диэлектрическим покрытием поверхности подложки и самой подложкой, находящейся под потенциалом коллектора. Тем самым увеличивается проходная емкость «коллектор-эмиттер» или «коллектор-база» соответственно, что приводит к снижению граничной частоты коллекторной цепи и коэффициента усиления по мощности транзисторной структуры [4, 6].

Заявляемое изобретение предназначено для уменьшения паразитной емкости «коллектор-эмиттер» транзисторной структуры за счет уменьшения площади металлизированных полосок, соединяющих эмиттерные области с нижней обкладкой конденсатора входного согласующего LC-звена, сформированного на диэлектрическом покрытии полупроводниковой подложки, а также за счет реализации балластных резисторов сопротивлением металлических полосок, и при его осуществлении может быть увеличен коэффициент усиления по мощности транзисторной структуры.

Вышеуказанная задача решается тем, что в известной мощной высокочастотной транзисторной структуре, содержащей полупроводниковую подложку, в которой сформированы базовые области, внутри каждой из которых сформирована эмиттерная область, и расположенный на поверхности полупроводниковой подложки конденсатор, одна из обкладок которого соединена с металлизацией эмиттерных областей посредством N металлических полосок, сформированных на диэлектрическом покрытии поверхности полупроводниковой подложки, причем сопротивление k-го из числа N соединений металлизации эмиттерной области с обкладкой конденсатора равно rэk, согласно изобретению ширины металлических полосок wj удовлетворяют условию:

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно увеличение коэффициента усиления по мощности транзисторной структуры, достигается за счет того, что уменьшение ширины металлических полосок в обратной пропорции сопротивлениям rэk, необходимым для стабилизации входных сопротивлений областей транзисторной структуры, позволяет, во-первых, уменьшить площадь металлических полосок и, во-вторых, частично или полностью реализовать необходимое значение rэk за счет сопротивления металлической полоски, равного сумме омического сопротивления и сопротивления за счет наведения вихревых токов в полупроводниковой подложке, и, тем самым, уменьшить паразитную емкость «коллектор-эмиттер» транзисторной структуры.

На фиг.1, 2 схематично показаны два варианта реализации заявляемой мощной высокочастотной транзисторной структуры.

Мощная высокочастотная транзисторная структура состоит из полупроводниковой подложки 1, в приповерхностных областях которых сформированы базовые области 2, в пределах каждой из которых сформированы эмиттерные области. Металлизация базовых областей 3 и металлизация эмиттерных областей 4 контактируют соответственно с верхней обкладкой конденсатора 5 непосредственно (фиг.1) или посредством проводников 9 (фиг.2) и полосками металлизации 6 различной ширины, которые, в свою очередь, контактируют с нижней обкладкой конденсатора 5. Для соединения нижней и верхней обкладки конденсатора 5 проводниками с другими элементами конструкции транзистора предназначены соответственно контактные площадки 7 и выступы в верхней обкладке 8 (в варианте конструкции, показанном на фиг.2, отсутствуют).

При работе мощной высокочастотной транзисторной структуры в составе мощного ВЧ транзистора или усилительной ВЧ гибридной интегральной схемы оптимальное распределение мощности по ее активным областям 2 и одновременно достижение максимального значения КУР достигается за счет реализации оптимального набора сопротивлений rэk, k=1, …, N, включенных между контактной металлизацией областей эмиттера 4 и нижней обкладкой конденсатора 5 входного согласующего LC-звена. При этом сопротивление металлических полосок 6 [8]:

где l и wk - длина и ширина полоски; D и σn - толщина и удельная проводимость полупроводниковой подложки; h и σм - толщина и удельная проводимость полосок; и - толщины скин-слоя соответственно в полупроводниковой подложке и металлической полоске, µ0=4π·10-7 Гн/м - магнитная постоянная в СИ, µn и µм - относительные магнитные проницаемости материалов соответственно полупроводниковой подложки и полосок;

Как следует из формул (2)-(4), изменение ширины полоски wk приводит к обратно пропорциональному изменению ее сопротивления rпол k. Таким образом, выполнение условия (1) позволяет полностью или частично реализовать разницу сопротивлений rэk, необходимых для оптимального распределения мощности по областям транзисторной структуры, за счет разницы сопротивлений rпол k, в свою очередь, создаваемой за счет различной ширины wk полосок, соединяющих эмиттерные активные области с нижней обкладкой конденсатора. Следовательно, увеличение сопротивления rэk относительно rэj для уменьшения мощности, выделяемой в областях транзисторной структуры, соединенных k-й полоской с нижней обкладкой конденсатора входного согласующего LC-звена, по сравнению с областями, соединенными с нижней обкладкой конденсатора j-й полоской, может быть осуществлено путем уменьшения ширины kj-й полоски wk. Это обеспечивает снижение общей площади N металлизированных полосок, а также позволяет полностью или частично в соответствии с условием (1) осуществить необходимую разницу между последовательными сопротивлениями в цепи эмиттера областей транзисторной структуры rэj и rэk для любых j, k=1, …, N за счет изменения ширины металлизированных полосок, т.е. уменьшить или свести к нулю длины, а, следовательно, суммарную площадь балластных резисторов из материала с высоким удельным сопротивлением (обычно, нихрома), включаемых между эмиттерными областями транзисторной структуры и площадками контактной металлизации эмиттера для реализации необходимых номиналов rэk. 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. Поскольку вызванное сужением полоски увеличение ее сопротивления приводит к уменьшению в такое же количество раз протекающего по сечению полоски тока, уменьшение площади поперечного сечения полоски не сопровождается увеличением плотности тока в ней.

ЛИТЕРАТУРА

1. Sideris G. Power from Transistors / G.Sideris // Electronics, vol.46, May 10, 1973. - P.68-69.

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. - С.91.

3. Там же, С.18, 30, 38.

4. 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. - С.5, 8.

5. SU 1741190 А1, Воронежский государственный университет, 15.06.1990

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. - С.13, 18, 20.

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

Мощная высокочастотная транзисторная структура, содержащая полупроводниковую подложку, в которой сформированы базовые области, внутри каждой из которых сформирована эмиттерная область, и расположенный на поверхности полупроводниковой подложки конденсатор, одна из обкладок которого соединена с металлизацией эмиттерных областей посредством N металлических полосок, сформированных на диэлектрическом покрытии поверхности полупроводниковой подложки, причем сопротивление k-го из числа N соединений металлизации эмиттерной области с обкладкой конденсатора равно rэk, отличающаяся тем, что ширины металлических полосок wj удовлетворяют условию
1<wj/wk≤rэk/rэj, j, k=1, …, N; rэk>rэj.



 

Похожие патенты:

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.

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 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