СВЧ-ТРАНЗИСТОРНАЯ МИКРОСБОРКА Российский патент 1998 года по МПК H01L23/12 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к конструкции СВЧ-транзисторных широкополосных микросборок, в которых используются внутренние согласующие LC-цепи.

Известен широкополостный транзистор, содержащий полупроводниковый кристалл с транзисторными структурами, смонтированный внутри корпуса на изолированной контактной площадке, кристалл МДП-конденсатора, установленный нижним электродом на металлизированной площадке корпуса, соединенным с общим эмиттерным выводом, групп проволочных перемычек, соединяющих соответственно элементы транзисторных структур, верхнюю обкладку МДП-конденсатора и электроды корпуса [1]
Недостатком известной конструкции широкополосного транзистора является ограниченный диапазон рабочих частот (менее одной октавы) ввиду неполного согласования по входу в полосе частот [1]
Из известных, наиболее близких по технической сущности к изобретению является СВЧ-транзистор, содержащий полупроводниковый кристалл, смонтированный внутри корпуса на изолированной контактной площадке, кристалл МДП-конденсатора с встроенным резистором, установленный общим электродом МДП-конденсатора и резистора на металлизированной площадке, соединенной с общим эмиттерным выводом, группы проволочных перемычек, соединяющих соответственно элементы транзисторных структур, верхнюю обкладку МДП-конденсатора, второй планарный электрод встроенного резистора и электроды корпуса [2]
Недостатком известного СВЧ-транзистора являются низкие значения энергетических параметров (выходная мощность Р_вых, коэффициент усиления по мощности К_р, КПД) в полосе частот.

В известном техническом решении сопротивление встроенного резистора определяется удельным сопротивлением материала кристалла МДП-конденсатора. Применение высокоомного проводника при создании МДП-конденсатора приводит к уменьшению добротности не только МДП-конденсатора, но и всей согласующе-трансформирующей LC-цепи, что в значительной мере определяет ширину полосы рабочих частот [1] Однако применение высокоомного материала при изготовлении МДП-конденсатора увеличивает потери по входной согласующе-формирующей LC-цепи, что приводит к снижению энергетических параметров: выходной мощности К_р, КПД СВЧ-транзисторных микросборок. Так, повышение удельного сопротивления кремния с 0,005 до 0,05 Ом•см при изготовлении МДП-конденсатора приводит к снижению коэффициента усиления по мощности транзисторов 2Т931А в полосе частот 200-400 мГц в 1,34 раза, а при повышении удельного сопротивления кремния до 0,1 Ом•см в 2,5 раза [3]
Кроме того, применение кремния с удельным сопротивлением (50-5000)•10^-3 Ом в известном решении требует дополнительного легирования поверхности подложки, что, во-первых, усложняет маршрут изготовления МДП-конденсатора, во-вторых, ведет к разбросу величин встроенного резистора, а следовательно, к нестабильности величин энергетических параметров.

Задачей изобретения является повышение и стабилизация выходных энергетических параметров в полосе рабочих частот СВЧ-транзисторных микросборок за счет снижения потерь во входной согласующей цепи.

Осуществление изобретения позволит следующее.

1. Повысить по сравнению с прототипом величины К_р, Р_вых, КПД за счет снижения потерь в МДП-конденсаторе, так как изготовление МДП-конденсатора осуществляют из более низкоомного кремния. При этом добротность согласующе-трансформирующей цепи, а следовательно, и полоса рабочих частот регулируется введением дополнительного тонкопленочного терморезистора.

2. Повысить стабильность, линейность и входное сопротивление транзисторной микросборки в полосе частот за счет использования в цепи эмиттера "паразитной" емкости электрода термосопротивления и включенного параллельно ей терморезистора в качестве корректирующей RC-цепи [4]
3. Стабилизировать выходные энергетические параметры СВЧ-транзисторной микросборки при работе в полосе частот за счет стабилизации эмиттерного тока, поддержания постоянства входного сопротивления транзисторной микросборки, достигаемого включением в цепь эмиттера термосопротивления [5]
Кроме того, предложенное конструктивное решение СВЧ-транзисторной микросборки позволяет в каждом конкретном случае практической реализации достигать оптимальные выходные энергетические параметры в полосе частот за счет более широких возможностей управления добротностью не только элементов, но и всей входной согласующе-трансформирующей цепи в целом:
электрофизическими параметрами МДП-конденсатора (величиной емкости, добротности и т.д.);
параметрами встроенного резистора;
номиналом и температурным коэффициентом тонкопленочного терморезистора;
величиной емкости и добротностью "паразитного" МДП-конденсатора, образованного электродом тонкопленочного терморезистора.

Сущность изобретения заключается в том, что в СВЧ-транзисторной микросборке, содержащей полупроводниковый кристалл с транзисторными структурами, смонтированный на изолированной контактной площадке, кристалл МДП-конденсатора с встроенным резистором, установленным общим электродом МДП-конденсатора и встроенного резистора на шине нулевого потенциала, группы проволочных перемычек, соединяющих соответственно элементы транзисторных структур, верхнюю обкладку МДП-конденсатора, второй планарный электрод встроенного резистора и электроды корпуса, согласно изобретению, на кристалле МДП-конденсатора дополнительно смонтировано тонкопленочное сопротивление, первый электрод которого металлизацией соединен с планарным электродом встроенного резистора, а второй электрод термосопротивления соединен проволочными перемычками с элементами транзисторной структуры и шиной нулевого потенциала.

На фиг. 1 и 2 представлена конструкция СВЧ-транзисторной микросборки со схематическим изображением ее элементов.

СВЧ-транзисторная микросборка выполнена в корпусе, включающем диэлектрическую подложку 1 с изолированной металлической контактной площадкой 2, шиной нулевого потенциала 3, соединенной с фланцем 4, и электроды корпуса коллекторный 5 и базовый 6. На изолированной контактной площадке 2 смонтирован кристалл 7 транзисторной структуры с эмиттерным 8 и базовыми 9 контактными площадками соответствующих активных областей. Между базовым электродом в корпусе и полупроводниковым кристаллом 7 транзисторной структуры на шине 3 нулевого потенциала установлен кристалл 10 МДП-конденсатора с встроенным резистором 12 и терморезистором 13. Кристалл 10 представляет собой полупроводниковую монокристаллическую подложку 14 со сформированным на поверхности диэлектрическим слоем 15, на поверхности которого созданы тонкопленочные металлические электроды 16 и 17, тонкопленочный терморезистор 13 и металлический электрод 18, осуществляющий омический контакт с полупроводниковой подложкой 14.

МДП-конденсатор включает в себя металлический электрод 16, диэлектрический слой 15 и полупроводниковую подложку 14, встроенный резистор 12 металлический электрод 13, переходное сопротивление металл-полупроводник (не показано) и полупроводниковую подложку 14, терморезистор 13 конструктивно состоит из электродов 17 и 18 и непосредственно терморезистивного слоя 13. Полупроводниковая подложка 14 служит нижним общим электродом МДП-конденсатора 11 и встроенного резистора 12.

Общий нижний электрод МДП-конденсатора 11 и встроенного резистора 12 электрически соединен с шиной 3 нулевого потенциала.

Группы проволочных перемычек 19 электрически соединяют изолированную площадку 2 с транзисторной структурой и коллекторный электрод 5 корпуса. Группа проволочных перемычек 20 электрически соединяет эмиттерные контактные площадки 8 кристалла 7 транзисторной структуры с электродом 17 терморезистора 13 и шиной 3 нулевого потенциала.

Группа проволочных перемычек 21 электрически соединяет базовые контактные площадки 9 кристалла 7 с верхней обкладкой 16 МДП-конденсатора и базовым электродом 6 корпуса.

СВЧ-транзисторная микросборка, выполненная по схеме с общим эмиттером, работает следующим образом.

При воздействии на входной базовый электрод 6 относительно шины 3 нулевого потенциала высокочастотного сигнала в группе 17 проволочных перемычек возникает высокочастотный ток. Группа 17 проволочных перемычек и МДП-конденсатор 11 образуют входной С-контур, ширина полосы частот которого согласно [1] равна
ω_в - ω_н = ω_o/Q = R_вх/L_вх,
где ω_в, ω_н, ω_o верхняя, нижняя и центральная частоты соответственно;
Q добротность контура;
R_вх активная составляющая входного сопротивления транзистора;
L_вх входная индуктивность.

Применение МДП-конденсатора, изготовленного на низкоомной подложке (ρ 0,005 Ом•см) во входной согласующей LC-цепи приводит к снижению потерь в нем, повышению добротности. Уменьшается величина встроенного резистора, включенного в цепь эмиттера.

Введение в цепь эмиттера дополнительного тонкопленочного резистора с сопротивлением ≈ 60•10^-3 Ом, превышающим собственное активное сопротивление эмиттера (≈ 30•10^-3 Ом) многоэмиттерного транзистора, снижает добротность каскада с общим эмиттером, превышает его входное сопротивление [1, 4] Включение в цепь эмиттера корректирующей RC-цепи, состоящей из "паразитной" емкости электрода тонкопленочного терморезистора, включенного параллельно самому терморезистору, приводит к дальнейшей стабилизации частотных характеристик транзисторной микросборки, включенной по схеме с общим эмиттером, а, следовательно, стабилизации энергетических параметров в полосе частот [1, 4]
Применение в корректирующей RC-цепи пленочного терморезистора с температурным коэффициентом сопротивления ТКС 2,5•10^-3oC^-1 обеспечивает постоянство эмиттерного тока при работе, неизменность величины действительной части входного сопротивления транзисторной микросборки и, как следствие, стабильность выходных энергетических параметров.

Изобретение поясняется таблицей.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания
1. Никишин В. И. и др. Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов. М. Радио и связь, 1989, с. 45-52.

2. Заявка Японии N 55-34-583, кл. H 01 L 23/12 (прототип).

3. Асессоров В.В. Конструирование и технологические методы создания мощных широкополосных ВЧ- и СВЧ-транзисторов. Уч. N 3216. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Воронеж: 1983, с. 141-143.

4. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М. Энергия, 1973, с. 321-331.

Использование: изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к конструкции СВЧ-транзисторных широкополосных микросборок с внутренними согласующими цепями. Сущность изобретения: в СВЧ-транзисторной микросборке, содержащей полупроводниковый кристалл, кристалл МДП-конденсатора с встроенным резистором, группу проволочных перемычек, согласно изобретению, на кристалле МДП-конденсатора дополнительно сформировано тонкопленочное термосопротивление, первый электрод которого металлизацией соединен с планарным электродом встроенного резистора, а второй электрод термосопротивления проволочными перемычками соединен с элементами транзисторной структуры и шиной нулевого потенциала. 2 ил., 1 табл.

СВЧ-транзисторная микросборка, содержащая полупроводниковый кристалл с транзисторными структурами, смонтированный на изолированной контактной площадке, кристалл МДП-конденсатора с встроенным резистором, установленный общим для МДП-конденсатора и встроенного резистора электродом на шине нулевого потенциала, группы проволочных перемычек, соединяющие соответственно элементы транзисторных структур, верхнюю обкладку МДП-конденсатора, второй планарный электрод встроенного резистора и электроды корпуса, отличающаяся тем, что на кристалле МДП-конденсатора дополнительно сформировано тонкопленочное термосопротивление, первый электрод которого металлизацией соединен с планарным электродом встроенного резистора, а второй электрод термосопротивления соединен проволочными перемычками с элементами транзисторной структуры и шиной нулевого потенциала.