Мощная ВЧ (СВЧ) транзисторная структура Советский патент 1986 года по МПК H01L29/70 

л - . области Изобретение относится микроэлектроники и касается рнст-л рукции мощных ВЧ и СВЧ полупроводниковых приборов. . Для получения хороших характеристик мощных ВЧ- и особенно СБЧтранзисторов необходимо обеспечить достаточное рассеяние тепла. С этой целью используют кремниевые пластины больших площадей. Однако увеличи вающаяся вследствие этого паразитная емкость базового перехода резко уменьшает усиление в диапазоне свы. ше УВЧ. Известен, транзистор сбалластированной ячеистой структуры (так называемый ВЕТ-транзистор), которая позволяет увеличить рассеяние тепла, сохранив в то же время чрезвычайно малую площадь перехода коллектор-база. Балластирование осуществляют включением небольших балластных сопротивлений в цепь эмиттера. Балластные сопротивления изготавливают осаждением пленки резистивного материала. Известна мощная СВЧ транзисторная структура, содержащая полупроводниковый кристалл с изготовлен ными на нем транзисторными ячейками, снабженными пленочными балластными резисторами. Конструктивно такие резисторы вьтолняют в виде общей однородной нихромовой полоски. При увеличении числа ячеек в структуре и повышении степени интег рации сбалластировать транзисторную структуру с помощью резисторов такой формы не удается, а следователь но, не удается получить необходимые выходные эксплуатационные параметры в частности коэффициент усиления п мощности, КПД, максимальную мощность рассеяния. Для достижения максимальной мощности рассеивания следует как можно больше увеличивать номинал резисторов, а это приводит к уменьшению коэффициента усиления по мощности и кпд. Для обеспечения высокого коэффи циента усиления по мощности и боль шого КПД номинал резиЛоров должен быть минимальным, поскольку на них происходит потеря высокочастотной мощности, подаваемой во входную цепь транзистора. Поэтому при конс 2 f2 у 1 овании мощных ВЧ/СВЧ/ генератор1ых ;&анзисторов принимают компромиссные решения, в результате чего возможности транзисторной структуры в отношении мощности рассеивания и вьрсодных эксплуатационных параметров в полной мере не реализуются. Вместе с тем при работе транзистора центральная часть каждой ячейки структуры и центральная.часть всего кристалла нагреваются сильнее вследствие того, что теплообмен крайних участков происходит более интенсивно, и они лучше охлаждаются. В результате на кристалле всегда существуют тепловые пятна-участки с более высокой температурой. Существование их и экспоненциальной зависимости тока эмиттера от температуры способствуют возникновению положительной обратной связи, приводящей к тому, что наиболее нагретые участки кристалла стремятся взять на себя большую часть протекающего тока, и неравномерность распределения температуры еще более возрастает, что ухудшает энергетические параметры и уменьшает надежность транзистора. Целью изобретения является повышение мощности рассеивания, коэффициента усиления по мощности и КПД на высоких частотах. Цельдостигается тем, что в транзисторной структуре резистор каждой ячейки имеет клиновидную форму, а все резисторы структуры образуют систему с убывающим в направлении от поперечной оси симметрии кристалла к периферии номиналом сопротивления. В результате в структуре обеспечивается равномерное рассеивание тепла, устранение горячих точек и, следовательно, улучшение параметров транзистора. На фиг. 1.показана часть описываемой транзисторной структуры, вид в плане; на фиг. 2 - электрическая схема транзисторной ячейки. Структура состоит из нескольких ячеек 1 (от двух до тридцати шести). Каждая ячейка имеет набор полосковых эмиттеров 2, алюминиевая контактная металлизация 3 которых соединена с нихромовыми резисторами 4 клиновидной формы. Ячейки объединены контактной эмиттерной металлизацией 3 и базовой металлизацией 5. Каждый резистор 4 имеет форму, обеспечивающую уменьшение номинала сопротивления в направлении к периферии кристалла (от оси 6). В данном примере резисторы выполнены в виде параллельно соединенных с помощью эмиттерной металлизации резистивных участков прямоугольной формы Каждая последующая область должна иметь номинал сопротивления больший, чем предыдущая, вся резистивная цепь расположена так, как если бы она была выполнена в виде одного участка клиновидной формы, т.е. чтобы номинал сопротивления убывал в на правлении от оси симметрии 6 кристал ла. Кроме того, резисторы образуют систему с номиналом, уменьшающимся в направлениях от оси симметрии 7 кристалла.Конструктивно это осуществл ют уменьшение площади резистивной плен ки каждогопоследующего резистора4. При подаче статической мощности на каждую ячейку ток через отдель2 .4 ный эмиттер 2 распределен неравномерно, так как клиноввдньй резистор 4 всей ячейки эквивалентен параллельно соединенным различного номинала резисторам (R,R2 .)Наибольший ток протекает через крайний эмиттер (ближе к периферии ячейки), где наилучшие условия отвода тепла, а через эмиттер, расположенный ближе к оси симметрии 6, где эти условия хуже, течет наименьший ток. Распределение токов эмиттеров обеспечивает однородное распределение температуры ячейки. Поскольку резисторы 4 всей структуры выполнены в виде системы с уменьшающимся в направлении от оси симметрии 7 кристалла номиналом сопротивления, аналогичный эффект обеспечивается для всей транзисторной структуры. Описанная структура позволяет увеличить коэффициент усиления по мощности на 10%, КПД на 10% и мощности рассеяния на 20% в сравнении с теми же параметрами сбалластированного транзистора.

МОЩНАЯ ВЧ(СВЧ) ТРАНЗИСТОРНАЯ СТРУКТУРА, содержащая полупроводниковый кристалл с изготовленными на нем транзисторными ячейками, снабженными пленочными балластными резисторами, отличающая- с я тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления по мощности, повьшения мощности и КПД на высоких частотах, резистор каждой ячейки выполнен клиновидной формы и располо- жей суженной частью в сторону периферии кристалла, а все резисторы структуры образуют систему с убывающим в направлении от поперечной оси симмет-- рии кристалла номиналом сопротивления.i(Лt г IОдсдОд 4а^^