МОЩНЫЙ СВЧ-ТРАНЗИСТОР Российский патент 1996 года по МПК H01L29/72 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к конструированию и производству мощных СВЧ-транзисторов.

Известен мощный СВЧ-транзистор на основе мощного транзисторного кристалла, включающего 36 транзисторных структур, расположенных в два ряда с общими контактными площадками базы [1] При этом контактные площадки эмиттеров получаются размещенными вдоль противоположных сторон кристалла. Сборка эмиттерных площадок каждого ряда проводится на отдельный конденсатор входной согласующей цепи. Расстояние между конденсаторами такое же, как расстояние между рядами контактных площадок эмиттера на транзисторном кристалле. С помощью этого достигается равенство трансформирующих индуктивностей входного согласующего звена для обоих рядов транзисторных структур, необходимое для равномерного распределения СВЧ-тока и мощности между рядами структур. Размещение контактных площадок базы в середине кристалла приводит к увеличению индуктивности сборки общего электрода. Однако поскольку условия работы на СВЧ требуют сближения рядов, усиливается взаимное тепловое влияние структур друг на друга и ухудшается тепловое сопротивление всего транзистора. Для борьбы с этим предусматриваются специальные меры в процессе производства самих кристаллов: уменьшение толщины полупроводниковой подложки и нанесение на него слоя серебра с высокой теплопроводностью, что увеличивает стоимость транзистора. Общим электродом транзистора является база, поэтому транзисторный кристалл расположен на вкладыше из дорогостоящей и токсичной в производстве бериллиевой керамики, что увеличивает тепловое сопротивление транзистора на 20-30% и, кроме того, стоимость транзистора также возрастает.

Известен также мощный СВЧ-транзистор, содержащий полупроводниковые кристаллы с транзисторными структурами, размещенные на металлическом фланце корпуса с обеспечением электрического и теплового контакта подложки транзисторных кристаллов с фланцем корпуса, полосковые выводы эмиттера и базы, расположенные по обе стороны от фланца корпуса, и ряды проводников, соединяющих электроды эмиттера и базы транзисторных структур с одноименными выводами на корпусе транзистора [2] Данное устройство принято за прототип.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточную выходную мощность транзистора, что связано с ограниченным числом кристаллов в ряду, так как при увеличении в ряду числа кристаллов свыше четырех при работе возникают паразитные поперечные колебания на рабочей частоте (что установлено экспериментально).

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение выходной мощности СВЧ-транзистора при сохранении надежности его работы.

Указанный технический результат достигается тем, что мощный СВЧ-транзистор, содержащий ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, размещенных на металлическом фланце корпуса общем выводе коллекторных или стоковых электродов транзисторных структур, первом выводе транзистора, второй и третий выводы транзистора, соответствующие электродам транзисторных структур, расположенные по обе стороны от фланца корпуса, и соединительные проводники, дополнительно содержит второй ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, параллельный первому, и ряд пассивных элементов, расположенный между первым и вторым рядами полупроводниковых кристаллов параллельно им, причем каждый пассивный элемент выполнен в виде изолирующего слоя, содержащего контактные площадки, размещенные между одноименными электродами транзисторных структур первого и второго рядов кристаллов и соединенные с ними, а также с соответствующим выводом транзистора соединительными проводниками.

Указанный технический результат, а также дополнительный технический результат, заключающийся в обеспечении усиления СВЧ-мощности с малой обратной связью транзисторами, выполненными с металлическим корпусом, являющимся общим выводом коллекторных или стоковых электродов транзисторных структур, достигается также тем, что мощный СВЧ-транзистор снабжен дополнительным выводом, расположенным со стороны второго вывода транзистора, симметрично относительно оси симметрии транзистора и соединенным соединительными проводниками с контактными площадками, соединенными с расположенным с противоположной стороны фланца третьим выводом транзистора.

На фиг. 1 представлена конструкция заявленного СВЧ-транзистора. На металлическом фланце 1 корпуса, являющемся выводом электрода, соединенного с подложкой полупроводниковых кристаллов, размещены первый 2 и второй 3 ряды полупроводниковых кристаллов 4 с транзисторными структурами 5, с обеспечением электрического и теплового контакта подложки транзисторных кристаллов с фланцем 1 корпуса. Между первым 2 и вторым 3 рядами полупроводниковых кристаллов размещен параллельно им ряд 6 пассивных элементов 16. На каждом из пассивных элементов (изолирующих слоев или плат) выполнены металлизацией контактные площадки 7, 8, размещенные напротив электродов транзисторных структур 5. Каждая контактная площадка 7, 8 соединена соединительными проводниками 9 с одноименными электродами противолежащей пары транзисторных структур 5 и с соответствующим выводом 10, 11 транзистора. Например, в случае биполярного транзистора с одной контактной площадкой 7 соединяются с помощью соединительных проводников 9 электроды 12 базы пары транзисторных структур 5 первого 2 и второго 3 рядов полупроводниковых кристаллов 4, и она же соединяется с помощью соединительного проводника 14 с базовым выводом 10 транзистора; с другой контактной площадкой 8 соединяются с помощью соединительных проводников 9 электроды 13 эмиттера этой же пары транзисторных структур 5, и она соединяется с помощью соединительного проводника 15 с эмиттерным выводом 11 транзистора. Коллекторный вывод транзистора является общим, соединенным с корпусом.

Со стороны одного вывода, например 11, транзистора размещен дополнительный вывод 17 (фиг. 2), соединенный соединительными проводниками с контактными площадками 7, соединенными с выводом 10 другого электрода транзистора. Дополнительный вывод 17 позволяет реализовать усилительный режим с малой обратной связью в схемах со взвешенным источником сигнала за счет разделения импедансов входных и выходных цепей транзистора.

На фиг. 3 и 4 показаны упрощенные входные и выходные цепи данного транзистора, включенного по схемам с общей базой и с общим эмиттером соответственно.

В случае транзистора, кристаллы которого изготовлены по технологии производства мощных полевых транзисторов, соединения выполнены аналогично, при этом общим электродом является вывод стокового электрода.

Экспериментальные проверки транзисторов, изготовленных в соответствии с изобретением, показали, что выходная мощность транзистора увеличилась в 1,9 раза по сравнению с однорядным расположением кристаллов при тех же габаритах, что и прототип, при высокой надежности работы, что позволило существенно упростить и удешевить устройства, в которых применяются мощные источники СВЧ.

Использование: в полупроводниковой электронике, при конструировании и производстве мощных СВЧ-транзисторов. Сущность изобретения: мощный СВЧ-транзистор содержит два ряда полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, размещенные на металлическом фланце корпуса - общем выводе коллекторных или стоковых электродов транзисторных структур, первом выводе транзистора, второй и третий выводы транзистора, соответствующие электродам транзисторных структур, расположенные по обе стороны от фланца корпуса, соединительные проводники и ряд пассивных элементов, расположенные между рядами полупроводниковых кристаллов параллельно им, причем каждый пассивный элемент выполнен в виде изолирующего слоя, содержащего контактные площадки, размещенные между одноименными электродами транзисторных структур рядов кристаллов и соединенные с ними, а также с соответствующим выводом транзистора соединительными проводниками. Кроме того, мощный СВЧ-транзистор содержит дополнительный вывод, расположенный со стороны второго вывода транзистора симметрично относительно оси симметрии транзистора и соединенный с контактными площадками, соединенными с расположенным с противоположной стороны фланцы третьим выводом транзистора. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. МОЩНЫЙ СВЧ-ТРАНЗИСТОР, содержащий ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, размещенных на металлическом фланце корпуса - общем выводе коллекторных или стоковых электродов транзисторных структур, первом выводе транзистора, второй и третий выводы транзистора, соответствующие электродам транзисторных структур, расположенные по обе стороны от фланца корпуса, и соединительные проводники, отличающийся тем, что транзистор дополнительно содержит второй ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, параллельный первому, и ряд пассивных элементов, расположенный между первым и вторым рядами полупроводниковых кристаллов параллельно им, причем каждый пассивный элемент выполнен в виде изолирующего слоя, содержащего контактные площадки, размещенные между одноименными электродами транзисторных структур первого и второго рядов кристаллов и соединенные с ними, а также с соответствующим выводом транзистора соединительными проводниками. 2. СВЧ-транзистор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит дополнительный вывод, расположенный со стороны второго вывода транзистора симметрично относительно оси симметрии транзистора и соединенный соединительными проводниками с контактными площадками, соединенными с расположенным с противоположной стороны фланца третьим выводом транзистора.