ШИРОКОПОЛОСНЫЙ КРИСТАЛЛОДЕРЖАТЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА Советский патент 2007 года по МПК H03F3/60 H01L29/78 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при исследовании и применении транзисторов СВЧ- и КВЧ- диапазонов.

Известен широкополосный СВЧ-кристаллодержатель, предназначенный для работы в устройствах, содержащих гребенчатые переходы от прямоугольного волновода к микрополосковой линии, выполненный в виде массивного металлического основания с напаянными на него диэлектрическими платами, имеющими микрополосковые линии с элементами согласования кристалла, а также сам кристалл, установленный на основании в зазоре между упомянутыми платами (см. пат. США №4.458.222, опубликованный 3 июля 1984 г.).

Недостатком этого устройства является то, что данная конструкция при использовании в мм-диапазоне длин волн не обеспечивает надежного электрического контакта в точке соединения микрополосковой линии кристаллодержателя с гребнем перехода, и поэтому требует дополнительного сварного соединения в этой точке. Кроме того, гребень устройства очень сложен в изготовлении, а часть устройства, на которой устанавливается кристалл, имеет большие габариты.

Известен также широкополосный кристаллодержатель типа DC-40 (см. Microwaves Journal March 1986. p.76. R.W.Thill, W.Kennan, N.K.Osbring, A Low-Noise GaAs FET Preamplifier for 21 GHz Sattellite Ecrth Terminals.), предназначенный для работы на частотах до 40 ГГц в микрополосковых и коаксиальных линиях передачи, выполненный в виде двух диэлектрических плат, имеющих микрополосковые линии, напаянных на металлическое основание, между которыми на металлическом возвышении установлен кристалл. Недостатком этого кристаллодержателя является трудность обеспечения при прижиме надежного электрического контакта между основанием кристаллодержателя и металлом устройства, на котором он устанавливается и, как следствие этого, необходимость, припайки кристаллодержателя. Кроме того, кристаллодержатель очень сложен в изготовлении. Кристаллодержатель невозможно использовать непосредственно в линии передачи на прямоугольных волноводах.

Прототипом изобретения является широкополосный кристаллодержатель СВЧ (см. авторское свидетельство СССР №1188810, кл. H01L 23/48, опублик. 30.10.1985 г.), включающий в себя удлиненную диэлектрическую подложку, имеющую двухстороннюю металлизацию, установленную в пазу металлического основания, на которой размещен кристалл и имеются входные и выходные полосковые линии, а также металлические выводы. Недостатком этого кристаллодержателя являются частотные ограничения по верхней границе и ширине рабочего диапазона частот, обусловленные его паразитными элементами: индуктивностями выводов затвора и истоков, имеющих значительные длины, обусловленные конструкцией кристаллодержателя, а также неоднородностью в точках подключения выводов кристаллодержателя к линии передачи. Кроме того, кристаллодержатель невозможно включать непосредственно в линию передачи на прямоугольных волноводах.

Целью настоящего изобретения является улучшение частотных характеристик кристаллодержателя за счет увеличения его широкополосности и повышения верхней границы рабочих частот, обеспечение работоспособности кристаллодержателя в линиях передачи на прямоугольных волноводах.

Поставленная цель достигается тем, что широкополосный кристаллодержатель СВЧ, содержащий удлиненную диэлектрическую подложку с размещением на одной стороне кристаллом и входными и выходными полосковыми линиями, причем обратная сторона диэлектрической подложки выполнена неэкранированной, дополнен входными и выходными зондами связи, выполненными в виде продолжений входных и выходных полосковых линий, полосковыми короткозамыкающими реактивными шлейфами и металлическими столбиками, контактирующими с кристаллом и равными ему по высоте, соединенными с выводами затвора и истоков кристалла, причем столбик вывода затвора располагается на входной полосковой линии, а столбики истоков на полосковых короткозамыкающих реактивных шлейфах.

Наличие на кристаллодержателе зондов связи позволяет непосредственно включать его в линию передачи на прямоугольных волноводах, что исключает неоднородность переходов микрополосок-кристаллодержатель, вносящую дополнительные потери и затрудняющие согласование транзистора в широкой полосе, и снижающие верхнюю границу рабочих частот. Наличие полосковых короткозамыкающих реактивных шлейфов дает возможность получить стабильный СВЧ-электрический контакт между истоком кристалла и экраном, исключающий паразитные индуктивности цепи истока транзистора, расширяя, тем самым, его рабочую полосу частот и ее верхнюю границу, столбики в цепях истоков и затвора, уменьшая длину выводов, служат той же цели.

Отсутствие на диэлектрической плате экранирующей металлизации улучшает эксплуатационные характеристики кристаллодержателя, исключая возможность вырождения микрополосковой линии вследствие плохого контакта между экранирующей металлизацией диэлектрической подложки и экранирующим металлом устройства, приводящего к нарушению работоспособности кристаллодержателя.

Все вышеперечисленные признаки улучшают частотные характеристики кристаллодержателя, дают возможность использовать его во всем диапазоне мм длин волн, где применяются линии передачи на прямоугольных волноводах.

Предлагаемое техническое решение, по сравнению с известными, дает ряд очень важных преимуществ: кристаллодержатель подобной конструкции практически не имеет ограничений для использования в линиях передачи мм-диапазона на прямоугольных волноводах, имея при этом минимальные потери, что дает возможность наиболее точно исследовать и реализовать СВЧ-характеристики транзисторов.

Данный кристаллодержатель, по сравнению с известными, более технологичен и имеет очень низкую материалоемкость, вследствие чего имеет меньшую стоимость и более технологичен.

При использовании кристаллодержателя для контроля качества транзисторов значительно снижается время его установки в измерительный тракт и извлечение из оного, при этом воспроизводимость измерений выше, чем при распайке обычных кристаллодержателей, что ведет к повышению производительности труда и повышению точности измерений, и увеличению процента выхода годных приборов, и улучшению их качества.

Все вышеперечисленное доказывает, что предлагаемое изобретение дает производственный технический эффект.

На фиг.1 изображен широкополосный кристаллодержатель СВЧ. На фиг.2 - пример его использования.

Широкополосный кристаллодержатель СВЧ, согласно изображению фиг.1, содержит удлиненную диэлектрическую плату 1 (например кварцевую) с полосковыми линиями 2, 3, 4, 5, лишенными экранирующей металлизации, на которой установлены: кристалл 6, вплотную к которому установлены металлические столбики истоков 7, 8, расположенные на короткозамыкающих шлейфах 3, 5, и столбик затвора 9, расположенный на входной полосковой линии, к которым проволоками подсоединяют, соответственно, истоки и затвор кристалла, что значительно сокращает длину проволок, уменьшая тем самым паразитные индуктивности в цепях истока и затвора, что ведет к увеличению широкополосности кристаллодержателя и повышению его верхней границы рабочих частот.

Для согласования кристалла на плате созданы распределенные согласующие цепи: входная 10 и выходная 11, выполненные на основе микрополосковой линии. Участки полосковой линии 12 и 13 являются входными и выходными зондами связи микрополосковой линии с прямоугольными волноводами. Концы диэлектрической платы 14 и 15, лишенные металлизации, необходимы для точного базирования зондов связи в сечении прямоугольных волноводов, относительно дальних широких стенок волноводов, что повышает воспроизводимость переходных характеристик кристаллодержателей. Участки микрополосковой линии 3, 5 являются четвертьволновыми шлейфами, обеспечивающими короткое замыкание по высокой частоте в цепи истока на землю, что снижает требование к электрическому контакту цепей питания истока и позволяет при включении кристалла применять также автоматическое смещение без дополнительных емкостей.

Вариант использования

При применении кристаллодержателей для исследования характеристик кристаллов используют специальное устройство фиг.2, предназначенное для оперативного обмера партии кристаллов. Кристаллодержатель 1 помещается в паз устройства, расположенный в нижней части 16 устройства перпендикулярно широким станкам двух, параллельных относительно друг друга, прямоугольных волноводов: входного 17 и выходного 17' (цифрой со штрихом обозначаются элементы устройства условно не показанные, но имеющие ту же конструкцию, что и элементы, обозначенные той же цифрой, т.к. устройство имеет симметричную компоновку). При этом участки держателя 12, 13, 14, 15 (фиг.1) погружаются в полости входного и выходного волноводов. В верхней части 18 устройства имеются четвертьволновые коротко замкнутые отрезки волноводов 19 и 19". Для подачи на кристаллодержатель питания служат игольчатые контакты: 20 - питание цепи стока; 21 - питание цепи затвора; 21, 22" - питание цепи истока, которые одновременно служат для прижима платы к металлу устройства.

Размеры сечения паза, находящегося в нижней части 16 устройства, в котором располагают кристаллодержатель, должны удовлетворять следующим условиям: чтобы микрополосковая линия не вырождалась в экранированную микрополосковую линию необходимо, чтобы расстояние от МПЛ до верхней крышки устройства в 10 раз превышало толщину диэлектрической платы кристаллодержателя, и расстояние между боковой стенкой паза и краем МПЛ было не менее двух толщин диэлектрической платы.

При этом паз, покрытый верхней частью 19 устройства, должен обеспечивать большое затухание волноводных типов колебаний в рабочем диапазоне частот, т.е. являться запредельным волноводом.

Вышеописанный кристаллодержатель работает в волноводных трактах на основе прямоугольных металлических волноводах в мм-диапазоне длин волн, в отличие от прототипа, который не может быть использован в данном диапазоне. Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в возможности использования данного кристаллодержателя в области более высоких рабочих частот, обеспечивая при этом оптимальные условия для работы кристалла транзистора.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при исследовании и применении транзисторов СВЧ- и КВЧ-диапазонов. Сущность изобретения состоит в следующем. Предложен широкополосный кристаллодержатель транзистора, содержащий удлиненную диэлектрическую подложку с односторонней металлизацией в виде расположенных вдоль продольной оси полосковых зондов связи с прямоугольными волноводами, соединенных с входной либо выходной полосковыми линиями, подключенными соответственно к затвору и стоку полевого транзистора, и полосковых короткозамыкателей, подключенных к истокам транзистора. Согласно изобретению, транзистор выполнен в виде кристалла, полосковые короткозамыкатели - в виде реактивных шлейфов, а соединение затвора, стока и истоков с соответствующими полосками обеспечивают через введенные металлические столбики, которые соединены с контактными площадками кристалла введенными проволочными перемычками и равны с ним по высоте. Технический результат - улучшение частотных характеристик кристаллодержателя путем увеличения его широкополосности и повышения верхней границы рабочих частот, а также обеспечение работоспособности в линиях передачи на прямоугольных волноводах. 2 ил.

Широкополосный кристаллодержатель транзистора, содержащий удлиненную диэлектрическую подложку с односторонней металлизацией в виде расположенных вдоль продольной оси полосковых зондов связи с прямоугольными волноводами, соединенных с входной либо выходной полосковыми линиями, подключенными соответственно к затвору и стоку полевого транзистора, и полосковых короткозамыкателей, подключенных к истокам транзистора, отличающийся тем, что транзистор выполнен в виде кристалла, полосковые короткозамыкатели - в виде реактивных шлейфов, а соединение затвора, стока и истоков с соответствующими полосками обеспечивают через введенные металлические столбики, которые соединены с контактными площадками кристалла введенными проволочными перемычками и равны с ним по высоте.