МОЩНЫЙ СВЧ-ТРАНЗИСТОР Российский патент 1996 года по МПК H01L21/8258 

Изобретение относится к СВЧ полупроводниковой электронике.

Известен мощный СВЧ-транзистор КТ970А [1] в котором транзисторные кристаллы собраны в корпус, фланец которого электрически соединен с эмиттером кристаллов, а полосковые выводы, расположенные симметрично относительно оси фланца, соединены с коллекторами и базой кристаллов. Параллельно с каждым полосковым выводом симметрично с двух сторон от него расположены дополнительные пластины, электрически соединенные с фланцем (землей). Расположение кристаллов на вкладыше из бериллиевой керамики ухудшает на 20-30% величину теплового сопротивления транзистора. Керамика этого типа токсична, а ее аналоги пока недоступны. Кроме того, использование дорогостоящей керамики повышает стоимость транзистора. Дополнительные пластины, соединенные с фланцем корпуса, снижают обратную связь за счет исключения внешней индуктивности общего электрода эмиттера. Однако внутренняя индуктивность общего электрода остается и определяет собой относительно сильную обратную связь в усилительном каскаде.

Прототипом изобретения является мощный СВЧ-транзистор КТ977А [2] Он включает транзисторные кристаллы, размещенные на фланце корпуса, полосковые выводы базы и эмиттера, расположенные по обе стороны от фланца, и ряды проводников, соединяющих электроды базы и эмиттера кристаллов с полосковыми выводами корпуса. В отличие от мощных СВЧ-транзисторов с общей базой в этом приборе отсутствует вкладыш из бериллиевой керамики, что существенно снижает его тепловое сопротивление (до 30%), а также уменьшает себестоимость транзистора.

Недостатком этого транзистора является невозможность использования его в усилительном режиме из-за сильной внутренней обратной связи в схеме включения с общим коллектором. Единственное его практическое назначение работа в автогенераторном режиме. Применение этого транзистора в схемах с общим эмиттером или общей базой с использованием взвешенного источника возбуждения нецелесообразно из-за больших внутренних паразитных индуктивностей эмиттерного и базового выводов.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является обеспечение усиления СВЧ-мощности с малой обратной связью в генераторных транзисторах с общим электродом коллектора или стока.

Введение дополнительного вывода позволяет разделить входную и выходную цепи усилителя. Сборка одного из типов электродов транзисторных структур кристаллов (в усилителе он играет роль "общего электрода") на две стороны корпуса обеспечивает сведение к минимуму обратной связи усилителя при применении взвешенного источника возбуждения. Для разделения входной и выходной цепей с минимальной паразитной индуктивностью обратной связи выполнено электрическое соединение дополнительного вывода непосредственно с электродами эмиттера или базы на транзисторных структурах кристаллов транзистора. Обязательным условием работы мощного СВЧ-транзистора является равномерное распределение СВЧ-тока и мощности по кристаллам и структурам на них, что обуславливает использование рядов соединительных проводников и симметрию конструкции транзистора. Этим требованиям удовлетворяет техническое решение, заключающееся во введении дополнительного вывода, расположенного симметрично относительно оси симметрии транзистора и соединенного с электродами базы или эмиттера кристаллов с помощью рядов проводников.

На фиг. 1 представлена конструкция мощного СВЧ-транзистора с полосковыми выводами электродов согласно изобретению в разрезе; на фиг. 2 та же конструкция в плане; на фиг. 3 принципиальная схема усилителя мощности со взвешенным источником сигнала на транзисторе-прототипе.

На фиг. 4 принципиальная схема усилителя мощности с взвешенным источником сигнала на транзисторе, имеющем дополнительный вывод базы; на фиг. 5 принципиальная схема усилителя мощности с взвешенным источником сигнала на транзисторе, имеющем дополнительный вывод эмиттера.

Мощный СВЧ-транзистор содержит (фиг. 1 и 2) транзисторные кристаллы 1, транзисторные структуры 2, металлический теплоотвод (фланец) 3 корпуса (транзистора), на котором расположена подложка транзисторных кристаллов 1, находящаяся в тепловом и электрическом контактах с корпусом транзистора и являющаяся общим выводом коллекторных или стоковых электродов транзисторных структур, выводы 4 и 5 базового либо затворного и эмиттерного, либо истокового электродов транзистора, ряды 6 соединительных проводников, введенный вывод 7, электрод 8 базы (затвора) транзисторной структуры, электрод 9 эмиттера (истока) транзисторной структуры.

На фиг. 4 10 суммарная индуктивность вывода 4 и рядов 6 соединительных проводников, 11 суммарная индуктивность вывода 5 и рядов 6 соединительных проводников; 12 суммарная индуктивность введенного вывода 7 и рядов проводников, подсоединенных к нему.

Дополнительный вывод, подсоединенный к электродам базы кристаллов и расположенный со стороны вывода эмиттера, позволяет реализовать усилитель с малой обратной связью по схеме включения транзистора с общей базой. Соответственно дополнительный вывод, подсоединенный к электродам эмиттера кристаллов и расположенный со стороны вывода базы, позволяет реализовать усилитель с малой обратной связью по схеме включения транзистора с общим эмиттером. В обоих случаях должен быть использован взвешенный источник возбуждения.

П р и м е р. Мощный СВЧ-транзистор согласно изобретению включает выводы эмиттера и базы, расположенные с одной стороны от фланца корпуса, которые могут быть выполнены в различных конструктивных вариантах, как в виде полосок, расположенных на разной высоте друг на другом, так и в виде гребенчатой структуры выводов, расположенных на одном уровне с чередующимися электродами базы и эмиттера. На фиг. 1 показан в разрезе один из вариантов мощного СВЧ-транзистора согласно изобретению. Коллектор (подложка) транзисторного кристалла 1 размещен на фланце 3 корпуса транзистора. Электрод 8 базы транзисторной структуры 2 кристалла соединен с полосковым выводом 4 корпуса, а электрод 9 эмиттера транзисторной структуры 2 кристалла соединен с полосковым выводом 5. Дополнительный полосковый вывод 7 расположен со стороны вывода 5 эмиттера над ним и соединен с электродом 8 базы транзисторной структуры 2 кристалла.

Фиг. 2 показывает вид сверху рассматриваемого варианта мощного СВЧ-транзистора согласно изобретению. Расположение на транзисторном кристалле 1 нескольких транзисторных структур 2, необходимых для обеспечения требуемой мощности транзистора, обуславливает соединение их электродов с внешними выводами рядами 6 проводников. Дополнительный вывод 7 базы соединен с электродами 8 базы транзисторных структур на кристаллах также с помощью рядов 6 проводников. Конструкция симметрична относительно указанной на фиг. 2 оси симметрии транзистора.

На фиг. 3 изображена принципиальная схема усилителя мощности с взвешенным источником сигнала на мощном СВЧ-транзисторе-прототипе. Индуктивность в цепи базы представляет собой суммарную индуктивность вывода базы и ряда соединительных проводников, идущих от вывода к электродам базы кристаллов. Как видно из фиг. 3, эта индуктивность включена и во входную и выходную цепи и определяет весьма значительную обратную связь усилителя. На фиг. 4 представлена принципиальная схема усилителя с взвешенным источником сигнала на транзисторе согласно изобретению и конструкции фиг. 1 и 2. Здесь индуктивность 10 суммарная индуктивность вывода 4 и рядов соединительных проводников, идущих от вывода к электродам базы транзисторных структур 2 кристаллов, а индуктивность 12 суммарная индуктивность дополнительного вывода 7 базы и рядов 6 проводников, соединяющих его с электродами базы транзисторных структур 2 кристаллов. Как видно, в этой схеме за счет предлагаемой конструкции транзистора разделены входная и выходная цепи и сведена к минимуму обратная связь. В сравнении со схемой усилителя СВЧ-мощности на транзисторе-прототипе обратная связь уменьшается примерно на порядок. Использование транзистора согласно изобретению с дополнительным выводом базы позволяет реализовать усилитель СВЧ-мощности с эквивалентным включением транзистора по схеме с общей базой.

Второй вариант мощного СВЧ-транзистора согласно изобретению дополнительно содержит полосковый вывод 7, присоединенный рядами 6 проводников к электродам эмиттера транзисторных 2 структур и расположенный со стороны вывода 4 базы симметрично относительно оси симметрии транзистора. Принципиальная схема усилителя мощнсти на таком транзисторе показана на фиг. 5. Здесь реализуется эквивалентное включение транзистора по схеме с общим эмиттером. Как видно, в схеме произошло разделение входной и выходной цепей и сведена к минимуму обратная связь, что обуславливает достижение положительного эффекта обеспечение усилителя СВЧ-мощности с малой обратной связью при использовании транзистора согласно изобретению в отличие от прототипа.

По сравнению с прототипом данный СВЧ-транзистор обеспечивает усиление СВЧ-мощности с малой обратной связью, что позволяет расширить область применения СВЧ-транзисторов в корпусе с общим коллектором или с общим стоком, достоинством которых является отсутствие в их конструкции дорогостоящей и токсичной в производстве бериллиевой керамики. С использованием транзисторов согласно изобретению могут быть реализованы помимо автогенераторных схем схемы усилителя СВЧ-мощности с малой обратной связью с эквивалентным включением транзистора по схеме с общей базой (затвором) или с общим эмиттером (истоком).

Использование: в полупроводниковой электронике, конструкциях мощных СВЧ-транзисторов. Сущность изобретения: мощный СВЧ-транзистор содержит транзисторные кристаллы с транзисторными структурами, размещенные на металлическом фланце корпуса, являющемся общим выводом коллекторных или стоковых электродов транзисторных кристаллов, а также два вывода других электродов транзисторов, расположенные по обе стороны от фланца корпуса и соединенные рядами проводников с соответствующими электродами транзисторных структур, введен дополнительный вывод, расположенный со стороны одного из выводов других электродов симметрично оси симметрии транзистора и соединенный рядом проводников с электродами транзисторных структур, соединенными с другим выводом транзистора, что обеспечивает усиление СВЧ-мощности. 5 ил.

МОЩНЫЙ СВЧ-ТРАНЗИСТОР, содержащий транзисторные кристаллы с транзисторными структурами, размещенные на металлическом фланце корпуса - общем выводе коллекторных или стоковых электродов транзисторных структур, первом выводе транзистора, второй и третий выводы транзистора, расположенные по обе стороны от фланца корпуса и соединенные рядами проводников с соответствующими электродами транзисторных структур, отличающийся тем, что дополнительно содержит вывод, расположенный со стороны второго вывода транзистора симметрично оси симметрии транзистора и соединенный рядом проводников с электродами транзисторных структур, соединенными с третьим выводом транзистора.