DE19737379A1 - Integrierte Mikrowellenschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine inte­ grierte Mikrowellen-/Millimeterwellenschaltung (hiernach einfach als integrierte Mikrowellenschaltung bezeichnet) unter Verwendung eines Halbleitersubstrats. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine integrierte Mikrowel­ lenschaltung, welche zum Ändern einer Schaltungscharakteri­ stik in Abhängigkeit des Vorhandenseins oder Fehlens einer Verbindung mittels eines Drahts ohne Ändern der Konfigura­ tion einer Elektrode geeignet ist.

Eine integrierte Mikrowellenschaltung, welche Mikrowel­ len oder Millimeterwellen verwendet und auf einem Halblei­ tersubstrat gebildet ist, ist aus einer eigenleitenden Übertragungsleitung und einer Elektrodenstruktur zusammen­ gesetzt, welche jeweils auf einen optimalen Zustand bezüg­ lich einer Entwurfsfrequenz, eines Entwurfsparameters eines Halbleiterbauelements, einer Schaltungskonstruktion oder dergleichen eingestellt sind. Dies liegt daran, daß, da die Länge einer die Schaltung bildenden Metallverdrahtung etwa gleich einer Wellenlänge von zu übertragenden elektroni­ schen Wellen bestimmt ist, die Impedanz der Schaltung durch die Änderung der Länge der Übertragungsleitung und die Än­ derung der Konfiguration der Elektrodenstruktur sich än­ dert, so daß eine Frequenz, bei welcher eine vorbestimmte Charakteristik erzielt wird, sich ändert. Daher wird eine herkömmliche integrierte Mikrowellenschaltung individuell strukturiert und hergestellt, wenn die zu verwendende Fre­ quenz unterschiedlich ist. Des weiteren können als Ergebnis der Technologieentwicklung in den vergangenen Jahren Mikro­ wellen und Millimeterwellen relativ leicht verwendet wer­ den, und in jedem Land wurden intensive Studien bezüglich der Anwendung von Mikrowellen und Millimeterwellen (hiernach als Mikrowellen bezeichnet) auf verschiedene Vor­ richtungen durchgeführt.

Jedoch wird die Frequenz (das Frequenzband) der Mikro­ wellen, welche bei den jeweiligen Vorrichtungen verwendet wird, in jedem Land durch die Regierung oder ähnliche In­ stitutionen individuell zugewiesen, beispielsweise wird für Radarsysteme zur Verhinderung von Fahrzeugkollisionen in Japan ein Frequenzband von 60 GHz und in Amerika und Europa von 77 GHz zugewiesen. Es ist daher nötig, integrierte Mikrowellenschaltungen bezüglich unterschiedlicher Länder und unterschiedlicher Vorrichtungen zu entwerfen und herzu­ stellen.

Da es nötig gewesen ist, eine Forschung über eine Ent­ wicklung von integrierten Mikrowellenschaltungen bezüglich dieser unterschiedlicher Frequenzen zu betreiben, tritt die Schwierigkeit auf, daß eine große Entwicklungszeitdauer und viel Entwicklungspersonal benötigt werden und die Entwick­ lungskosten hoch werden. Da Mikrowellenschaltungen für je­ weilige Frequenzen zur Erprobung entworfen und hergestellt worden sind und bezüglich der jeweiligen Frequenzbänder ge­ bildet worden sind, tritt die Schwierigkeit auf, daß die entsprechenden Herstellungskosten hoch werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben dargestellten Schwierigkeiten zu lösen und eine integrierte Mikrowellenschaltung zu schaffen, bei welcher die Entwick­ lungskosten und die Herstellungskosten minimiert sind.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine inte­ grierte Mikrowellenschaltung bereitgestellt, welche unter Verwendung derselben Elektrodenstruktur gebildet ist und geeignet ist zum Ändern einer Betriebsfrequenz in Abhängig­ keit davon, ob die Elektrodenstruktur an einer vorbestimm­ ten Position mit einem Erdungsleiter unter Verwendung von Drahtbonden verbunden ist oder nicht.

D.h. entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine integrierte Mikrowellenschaltung bereitgestellt, welche bei einer vorbestimmten ersten Frequenz betrieben wird, mit:
einer Übertragungsleitung, die sich aus einer Elektrode mit einer vorbestimmten Konfiguration zusammensetzt, welche auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist und als Blind- bzw. Stichleitung mit offenem Ende arbeitet; und
einer End- bzw. Erdungsleitung, die auf einem dielek­ trischen Substrat gebildet ist, wobei die Stichleitung mit dem offenen Ende in der Nähe der Erdungsleitung versehen ist und ein Teil des sich anschließenden Teils mit dem Er­ dungsleiter verbunden ist, wodurch es der Schaltung ermög­ licht wird, bei einer zweiten Frequenz betrieben zu werden, welche sich von der ersten Frequenz unterscheidet.

Des weiteren kann entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung die oben erwähnte zweite Frequenz auf eine gewünschte Frequenz durch Bilden eines ersten Teils eingestellt wer­ den, welches eine vorbestimmte Länge von dem Endteil der Elektrode aufweist, welche die oben erwähnte Stichleitung in der Nähe zu dem oben erwähnten Erdungsleiter und daran entlang bildet, und durch Verbinden der Elektrode mit dem Erdungsleiter an einer vorbestimmten Position des ersten Teils.

Des weiteren ist entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung vorzugsweise ein Kondensator zum Verhindern eines Gleichstroms zwischen der Elektrode und dem Erdungsleiter auf einem Teil der Elektrode vorgesehen, welche die oben erwähnte Stichleitung bildet.

Des weiteren kann entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung das Verbindungsteil der Stichleitung mit dem Erdungs­ leiter durch den Kondensator verbunden werden.

Des weiteren ist die integrierte Mikrowellenschaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch bestimmt, daß die integrierte Mikrowellenschaltung eine Os­ zillationsmikrowellenschaltung aufweist mit:
einem Transistor mit drei Anschlüssen, nämlich einem ersten, einem zweiten und einem dritten Anschluß; und
einer Rückkopplungsübertragungsleitung, die mit dem oben erwähnten zweiten Anschluß verbunden ist;
wobei die Stichleitung mit dem oben erwähnten ersten Anschluß verbunden ist, so daß eine Oszillation mit der oben erwähnten ersten Frequenz auftritt, und die Elektrode, welche die oben erwähnte Stichleitung bildet, mit der oben erwähnten Erdungselektrode verbunden ist, wodurch es der Schaltung ermöglicht wird, mit der oben erwähnten zweiten Frequenz zu oszillieren.

Des weiteren ist bei der oben beschriebenen Mikrowel­ lenschaltung die Elektrode, welche die oben erwähnte Stich­ leitung bildet, mit dem oben erwähnten Erdungsleiter durch eine Varaktordiode verbunden, wodurch es der Schaltung er­ möglicht wird, die oben erwähnte zweite Frequenz zu ändern.

Des weiteren ist eine integrierte Mikrowellenschaltung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch bestimmt, daß die integrierte Mikrowellenschaltung als Mikrowellenverstärkerschaltung ausgebildet ist, mit:
einem Transistor mit drei Anschlüssen, nämlich einem ersten, einem zweiten und einem dritten Anschluß, wobei der zweite Anschluß geerdet ist;
einer Eingangsanpassungsschaltung, welche mit dem oben erwähnten ersten Anschluß verbunden ist; und
einer Ausgangsanpassungsschaltung, welche mit dem oben erwähnten dritten Anschluß verbunden ist;
wobei die oben erwähnte Eingangsanpassungsschaltung und die oben erwähnte Ausgangsanpassungsschaltung jeweils die oben erwähnte Stichleitung mit offenem Ende enthält, um das Mikrowellensignal in dem ersten Frequenzbereich, welcher die oben erwähnte erste Frequenz beinhaltet, zu verstärken, und wobei dann, wenn jede Stichleitung mit dem Erdungslei­ ter verbunden ist, das Mikrowellensignal in dem zweiten Frequenzbereich verstärkt wird, welcher die oben erwähnte zweite Frequenz beinhaltet.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be­ schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht, welche eine integrierte Mikrowellenschaltung entsprechend einer ersten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht, welche die integrierte Mikrowellenschaltung darstellt, wobei das Ende der Stich­ leitung M3 geerdet ist.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht, welche eine Modifizierung der ersten Ausführungsform von Fig. 1 darstellt.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht, welche eine Modifizierung darstellt, die sich von der Modifizierung von Fig. 3 unter­ scheidet, welche die erste Ausführungsform von Fig. 1 dar­ stellt.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht, welche einen Zustand dar­ stellt, bei welchem ein MIM-Kondensator auf der in Fig. 1 dargestellten Stichleitung M3 gebildet ist.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht, welche einen Zustand dar­ stellt, bei welchem das Ende der in Fig. 5 dargestellten Stichleitung M3 mit einem leitenden Metall 4 geerdet ist.

Fig. 7A zeigt einen Graphen, welcher eine Übertra­ gungscharakteristik zu der Zeit darstellt, zu welcher das Ende der Stichleitung M3 in der integrierten Mikrowellen­ schaltung von Fig. 1 kurzgeschlossen ist, und Fig. 7B zeigt einen Graphen, welcher eine Übertragungscharakteris­ tik zu der Zeit darstellt, zu welcher das Ende der Stich­ leitung M3 in der integrierten Mikrowellenschaltung von Fig. 1 geöffnet ist.

Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm, welches eine Konstruk­ tion eines Mikrowellen-/Millimeterwellenoszillators ent­ sprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 9 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht, welche einen Zustand darstellt, bei welchem das Ende der Stichlei­ stung M15 der zweiten Ausführungsform geerdet ist.

Fig. 10 zeigt eine Ansicht, welche einen Zustand dar­ stellt, bei welchem das Ende der Stichleitung M15 durch ei­ ne Varaktordiode 20 bei der zweiten Ausführungsform geerdet ist.

Fig. 11 zeigt einen Graphen, welcher die Ergebnisse ei­ ner Simulation zu der Zeit darstellt, zu welcher das Ende der Stichleitung M15 bei dem Mikrowellen- /Millimeterwellenoszillator der zweiten Ausführungsform ge­ erdet ist.

Fig. 12 zeigt einen Graphen, welcher die Ergebnisse ei­ ner Simulation zu der Zeit darstellt, zu welcher das Ende der Stichleitung M15 in dem Mikrowellen- /Millimeterwellenoszillator der zweiten Ausführungsform ge­ erdet ist.

Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm, welches eine Konstruk­ tion der Mikrowellenverstärkerschaltung einer dritten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 14 zeigt eine schematische Ansicht, welche eine Schaltung schematisch darstellt, bei welcher die Stichlei­ tung und der Erdungsleiter unter Verwendung eines Brücken­ drahts 21 verbunden sind.

Fig. 15 zeigt eine Ansicht, welche schematisch eine Schaltung darstellt, bei welcher der in Fig. 14 darge­ stellte Brückendraht 21 entfernt ist.

Fig. 16 zeigt eine Ansicht, welche eine andere Modifi­ zierung der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 17 zeigt eine Ansicht, welche eine äquivalente Schaltung der in Fig. 16 dargestellten Schaltung darstellt.

Fig. 18 zeigt einen Graphen, welcher eine Verstärkungs­ charakteristik zu der Zeit darstellt, zu welcher die Über­ tragungsleitung 28 und die Übertragungsleitung 31 bei der Mikrowellen-/Millimeterwellenverstärkerschaltung von Fig. 13 geöffnet sind.

Fig. 19 zeigt einen Graphen, welcher eine Verstärkungs­ charakteristik zu dem Zeitpunkt darstellt, zu welchem die Übertragungsleitung 28 und die Übertragungsleitung 31 durch Kondensatoren 39 und 38 bei der Mikrowellen- /Millimeterwellenverstärkerschaltung von Fig. 13 geerdet sind.

Da wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich die in­ tegrierte Mikrowellenschaltung der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene Blind- bzw. Stichleitung (stub) auf­ weist, welche wenigstens ein Endteil besitzt, welches in der Nähe des Erdungsleiters vorgesehen ist, und mit der zweiten Frequenz, welche sich von der oben beschriebenen ersten Frequenz unterscheidet, durch Verbinden der oben be­ schriebenen Stichleitung mit dem oben beschriebenen Er­ dungsleiter betrieben werden kann, kann eine Mikrowellen­ schaltung, welche mit einer unterschiedlichen Frequenz be­ trieben wird, in derselben Struktur gebildet werden. Daher kann die integrierte Mikrowellenschaltung mit niedrigen Entwicklungskosten hergestellt werden.

Da des weiteren entsprechend der vorliegenden Erfindung die oben erwähnte Stichleitung an irgendeiner Position ge­ erdet werden kann und die oben erwähnte zweite Frequenz frei auf eine gewünschte Frequenz durch Bilden des ersten Teils eingestellt werden kann, welches eine vorbestimmte Länge von dem Endteil der Elektrode besitzt, welche die oben erwähnte Stichleitung in der Nähe des Erdungsleiters und daran entlang bildet, und durch Verbinden der Elektrode mit dem oben erwähnten Erdungsleiter an einer vorbestimmten Position des ersten Teils.

Des weiteren ist entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung ein Kondensator zum Verhindern eines Gleichstromflus­ ses zwischen der Elektrode und dem Erdungsleiter in einem Teil der Elektrode gebildet, welche die oben erwähnte Stichleitung bildet, so daß der Kondensator als Stichlei­ tung einer Vorspannungsschaltung verwendet werden kann.

Des weiteren sind entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung die Elektrode, welche die oben erwähnte Stichleitung bildet, und der Erdungsleiter durch den Kondensator geer­ det, so daß der Kondensator als Stichleitung der Vorspan­ nungsschaltung verwendet werden kann.

Des weiteren kann die integrierte Mikrowellenschaltung, welche als Mikrowellenoszillator entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, mit der oben erwähnten ersten Frequenz durch Öffnen des En­ des der oben erwähnten Stichleitung oszillieren, und die Schaltung kann mit der zweiten Frequenz durch Verbinden der Elektrode, welche die oben erwähnte Stichleitung bildet, mit der oben erwähnten Erdungselektrode oszillieren. Daher können zwei Arten von Oszillatoren mit derselben Struktur bereitgestellt werden.

Da des weiteren bei der oben erwähnten integrierten Mikrowellenschaltung die Elektrode, welche die oben erwähn­ te Stichleitung bildet, mit dem oben erwähnten Erdungslei­ ter durch eine Varaktordiode verbunden ist, kann die Reso­ nanzfrequenz der Resonanzschaltung des Oszillators geändert werden und kann die Oszillationsfrequenz geändert werden.

Da des weiteren die integrierte Mikrowellenschaltung als Mikrowellenverstärkerschaltung entsprechend einer ande­ ren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils die oben erwähnte Stichleitung in der oben erwähnten Eingangs­ anpassungsschaltung und der oben erwähnten Ausgangsanpas­ sungsschaltung enthält, kann eine Verstärkeroperation mit derselben Struktur in zwei unterschiedlichen Frequenzbän­ dern durchgeführt werden.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 stellt einen Tiefpaßfilter als integrierte Mikrowellenschaltung entsprechend der ersten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung dar. Bei der in Fig. 1 dar­ gestellten integrierten Mikrowellenschaltung ist eine Elek­ trode 2 (beispielsweise aus Gold, Aluminium usw.) in einer linearen Konfiguration auf dem Halbleitersubstrat 1 gebil­ det, um eine Hauptübertragungsleitung M2 zu bilden, durch welche ein Signal übertragen wird. Des weiteren ist eine Elektrode 3, welche eine vorgeschriebene Länge besitzt, derart gebildet, daß sie mit der Elektrode 2 an einer vor­ geschriebenen Position verbunden ist, um eine Stichleitung M3 mit einem offenen Ende zu bilden, welche mit der Haupt­ übertragungsleitung 2 verbunden ist. Bei der Mikrowellen­ schaltung der ersten Ausführungsform ist die Elektrode 3 derart gebildet, daß das Ende nicht zu dem Erdungsleiter E1 hin geschlossen ist, welcher auf dem Halbleitersubstrat ge­ bildet ist, und nicht mit dem Erdungsleiter El verbunden ist. In Fig. 1 sind die Bezugszeichen der Hauptübertra­ gungsleitung M2 und der Stichleitung M3 hinter die Bezugs­ zeichen der Elektrode 2 und der Elektrode 3 in Klammern ge­ setzt. Bei der in Fig. 1 dargestellten integrierten Mikro­ wellenschaltung, welche auf die oben erwähnte Weise gebil­ det ist, wird die Impedanz zu der Zeit, zu welcher die Stichleitung M3 mit einem offenen Ende von dem Verbindungs­ punkt mit der Hauptübertragungsleitung M2 betrachtet wird, unendlich, wenn die Länge der Stichleitung mit offenem Ende bezüglich der Wellenlänge eines durch die Hauptübertra­ gungsleitung M2 übertragenen Signals hinreichend groß ist. Als Konsequenz wird die Mikrowellenschaltung, welche mit der in Fig. 1 dargestellten Struktur gebildet ist, zu einem in Fig. 7B dargestellten Tiefpaßfilter.

Bei der integrierten Mikrowellenschaltung von Fig. 1, welche auf die oben erwähnte Weise gebildet ist und eine Tiefpaßübertragungscharakteristik besitzt, ist wie in Fig. 2 dargestellt das Ende der Stichleitung M3 kurzgeschlossen, wenn das Ende der Stichleitung M3 mit offenem Ende (Ende der Elektrode 3) mit dem Erdungsleiter E1 unter Verwendung eines leitenden Metalls 4, welches als Draht ausgebildet ist, verbunden ist. Die Impedanz zu dem Zeitpunkt, zu wel­ chem die Stichleitung M3 von einem Verbindungspunkt zu der Hauptübertragungsleitung M2 betrachtet wird, ist auf 0 ein­ gestellt, wenn die Länge der Stichleitung M3 hinreichend groß bezüglich der Wellenlänge eines Signals ist, welches durch die Hauptübertragungsleitung M2 übertragen wird. Als Folge kann die integrierte Mikrowellenschaltung, welche entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Struktur gebildet ist, als Hochpaßfilter mit einer in Fig. 7A dargestellten Charakteristik ohne Änderung einer Elektrodenstruktur le­ diglich durch Verbinden des Endes der Stichleitung M3 mit dem Erdungsleiter E1 betrieben werden.

In dem Halbleiterbildungsverfahren wird eine Schutz­ schicht normal aus Siliziumnitrid auf der Hauptübertra­ gungsleitung M2 und der Stichleitung M3 im Hinblick auf ei­ ne Verbesserung der Zuverlässigkeit des Bauelements ge­ bildet. Jedoch darf bei der ersten Ausführungsform die Schutzschicht nicht auf dem Teil gebildet werden, an wel­ chem der Draht angeschlossen ist. Demgegenüber darf die Schutzschicht selbst nicht verwendet werden.

Bei der integrierten Mikrowellenschaltung ist der Er­ dungsleiter normal auf der Unterseite des Halbleiter­ substrats 1 gebildet. Wenn entsprechend der vorliegenden Erfindung die Elektrode 3, welche die Stichleitung M3 bil­ det, mit dem Masseleiter beispielsweise durch Drahtbonden verbunden wird, wird der Erdungsleiter El vorzugsweise auf der Oberseite des Substrats gebildet. Fig. 3 stellt eine Modifizierung dar, bei welcher eine Erdungsleiterkon­ taktstelle E5 zum Drahtbonden auf der Oberseite des Halb­ leitersubstrats 1 gebildet ist, wobei das Drahtbonden be­ züglich des auf der Unterseite gebildeten Erdungsleiters unter Verwendung eines Durchgangslochs 6 durchgeführt wird. Wenn die Schaltung entsprechend der Modifizierung auf die oben erwähnte Weise gebildet ist, wird die Schaltung auf dieselbe Weise wie die erste Ausführungsform betrieben und weist denselben Effekt auf, wie die erste Ausführungsform.

Bei der oben erwähnten ersten Ausführungsform ist die Elektrode, welche die Stichleitung M3 bildet, direkt mit dem Erdungsleiter E1 verbunden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie in Fig. 4 darge­ stellt kann die Elektrode 3 mit dem Erdungsleiter El durch den Kondensator wie einen Chipkondensator oder einen auf dem Halbleitersubstrat 1 gebildeten Kondensator verbunden werden. Entsprechend Fig. 4 bezeichnet Bezugszeichen 7 ei­ nen Kondensator, welcher einen Chipkondensator aufweist bzw. daraus besteht. Eine Elektrode des Chipkondensators ist mit der Elektrode 3, welche die Stichleitung M3 bildet, durch das leitende Metall 4 verbunden, während die andere Elektrode des Chipkondensators mit dem (nicht dargestell­ ten) Erdungsleiter E1 verbunden ist. Durch Bilden der Schaltung auf diese Weise wird die Stichleitung M3 bezüg­ lich eines Hochfrequenzsignals geerdet und kann bezüglich eines Gleichstroms geöffnet werden.

Des weiteren kann bei dieser Ausführungsform ein MIM- Kondensator (Metal-Insulator-Metal-capacitor) gebildet wer­ den, welcher leicht in der Mitte der Elektrode 3 beim Schritt des Herstellens des Halbleiters wie in Fig. 5 dar­ gestellt gebildet werden kann, so daß kein Gleichstrom durch die Elektrode 3, welche die Stichleitung M3 bildet, fließt. Sogar wenn der MIM-Kondensator 8 in die Mitte der Stichleitung M3 mit dem offenen Ende wie in Fig. 5 darge­ stellt eingesetzt wird, zeigt sich eine Filtercharakteri­ stik gleich der Struktur der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform, wenn das Ende der Stichleitung in einem offenen Zustand gehalten wird. Wenn das Ende der Stichlei­ tung M3 kurzgeschlossen ist, kann das Ende der Stichleitung M3 mit dem offenen Ende direkt mit der Erdungskondensator­ kontaktstelle E5 oder dem Erdungsleiter E1 unter Verwendung des leitenden Metalls 4 wie in Fig. 5 oder Fig. 6 darge­ stellt verbunden werden. Sogar wenn die Schaltung auf die oben erwähnte Weise gebildet ist, wird die Schaltung ent­ sprechend der Modifizierung auf ähnliche Weise wie die er­ ste Ausführungsform betrieben und besitzt denselben Effekt.

Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm, welches eine Konstruk­ tion des Mikrowellen/Millimeterwellenoszillators entspre­ chend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung darstellt. Der in Fig. 8 dargestellte Mikrowel­ len/Millimeterwellenoszillator wird auf einem Halbleiter­ substrat durch Verbinden eines Transistors 18, welcher eine hervorragende Betriebscharakteristik bezüglich der Mikro­ wellen/Millimeterwelle wie ein Feldeffekttransistor auf­ weist, mit einer Übertragungsleitung gebildet, die einen vorbestimmten Parameter aufweist und mit jedem Anschluß des Transistors und auf die oben erwähnte Weise verbunden ist. D.h. mit einem Gateanschluß des Transistors 18 ist eine Stichleitung M15 mit offenem Ende verbunden, welche eine Resonatorschaltung in einem Resonator bildet. Mit dem Gate­ anschluß ist ein Vorspannungsanschluß 10 an der Gateseite über eine Übertragungsleitung 16 verbunden, welche eine Gatevorspannungsschaltung bildet. Des weiteren ist mit dem Drainanschluß des Transistors 18 ein Vorspannungsanschluß 11 an der Drainseite über eine Übertragungsleitung 17 ver­ bunden, welche eine Drainvorspannungsschaltung bildet. Des weiteren ist mit dem Drainanschluß ein Ausgangsanschluß 12 eines Oszillators über eine Übertragungsleitung 13 verbun­ den, welche eine Ausgangsanpassungsschaltung bildet. Ein Sourceanschluß des Transistors 18 ist über die Übertra­ gungsleitung 14 geerdet, um eine Rückkopplungsschaltung zu bilden.

In einem Mikrowellen/Millimeterwellenoszillator der zweiten Ausführungsform, welcher auf die oben erwähnte Weise gebildet ist, wird eine Oszillationsfrequenz auf die folgende Weise eingestellt bzw. bestimmt. Ein Oszillations­ zustand bzw. eine Oszillationsbedingung kann durch die fol­ genden Gleichungen (1) und (2) dargestellt werden:

(Mathematischer Ausdruck 1)
|Γr| < 1/|Γin| (1)
(Mathematischer Ausdruck 2)
Ang |Γr| = Ang |Γin| (2)
worin Γr einen Reflektionskoeffizienten darstellt, bei welchem die Stichleitung 15, welche eine Oszillationsschal­ tung bildet, von einem Punkt betrachtet wird, welcher durch das Bezugszeichen A bezeichnet wird, und Γin einen Reflek­ tionskoeffizienten dargestellt, bei welchem der Transistor 18 von dem Punkt aus betrachtet wird.

Der Mikrowellen-/Millimeterwellenoszillator der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oszilliert und wird betrieben bei einer Frequenz, welche den durch die Ma­ thematischen Ausdrücke (1) und (2) dargestellten Bedingun­ gen genügt. Beispielsweise wird ein spezifisches Entwurfs­ verfahren wie folgt bereitgestellt. Als Entwurfsverfahren ist ein Beispiel eines Falles beschrieben, bei welchem die Stichleitung M15 einen MIM-Kondensator 8 enthält.

• 1) Eine Länge und eine Breite eines Streifenleiters, welcher eine Übertragungsleitung 14 bildet, die mit einem Sourceanschluß des Transistors 18 verbunden ist, sind der­ art eingestellt bzw. bestimmt, daß ein reziproker Wert (Absolutwert) einer Impedanz, wobei der Transistor 18 von dem Punkt A aus betrachtet wird, bei einer Frequenz in der Mitte einer ersten Oszillationsfrequenz f1 und einer zwei­ ten Oszillationsfrequenz f2, welche sich von der ersten Os­ zillationsfrequenz f1 unterscheidet, zu einem Minimum wird, und der mathematische Ausdruck (1) wird bezüglich der er­ sten Oszillationsfrequenz f1 und der zweiten Oszillations­ frequenz f2 erfüllt.
• 2) Wenn das Ende der Stichleitung M15 geöffnet ist, sind die Länge und die Breite des Streifenleiters, welcher die Stichleitung M15 bildet, derart eingestellt bzw. be­ stimmt, daß die Impedanz, wobei die Stichleitung M15 von dem Punkt A aus betrachtet wird, bei einer Oszillationsfre­ quenz f1 den mathematischen Ausdruck (2) erfüllt.
• 3) Wenn das Ende der Stichleitung M15 kurzgeschlossen ist, sind die Länge und die Breite des Streifenleiters, welcher die Stichleitung M15 bildet, und die Flächen des MIM-Kondensators 8 und der Kontaktstellenelektrode 5 zum Bonden derart eingestellt bzw. bestimmt, daß die Impedanz, bei welcher die Stichleitung M15 von dem Punkt A aus be­ trachtet wird, bei der Oszillationsfrequenz f2 den mathema­ tischen Ausdruck (2) erfüllt. Zur Zeit des Bestimmens die­ ser Werte wird die Länge eines leitenden Metalls 4 wie ei­ nes Bonddrahts oder dergleichen berücksichtigt.

Bei einem Oszillator, bei welchem jeder der Parameter auf die oben erwähnte Weise eingestellt bzw. bestimmt ist, bestimmt die Stichleitung 15, welche eine Resonanzschaltung bildet, prinzipiell verschiedene Charakteristiken wie die Frequenz und den Oszillationsausgang des Oszillators. Ob­ wohl die Resonanzschaltung aus einer Induktivität und einem Kondensator zusammengesetzt sein kann, ist die Resonanz­ schaltung aus einer Stichleitung mit einem offenen Ende und einer Stichleitung mit einem kurzgeschlossenen Ende wie ei­ ner Mikrostreifenleitung, usw., im allgemeinen Mikrowellen- /Millimeterwellenoszillatoren, gebildet. In einem derarti­ gen Fall können die Frequenzen, welche die oben erwähnten mathematischen Ausdrücke (1) und (2) erfüllen, zwischen ei­ nem Fall der Verwendung einer Streifenleitung mit einem of­ fenen Ende und einem Fall der Verwendung einer Streifenlei­ tung mit einem kurzgeschlossenen Ende geändert werden. Bei der zweiten Ausführungsform wird dieses Prinzip dazu ver­ wendet, die Oszillationsfrequenz zwischen einem Fall, bei welchem das Ende geöffnet sein kann, und einem Fall, bei welchem das Ende kurzgeschlossen ist, zu ändern.

Fig. 9 zeigt einen Fall, bei welchem das Ende der Streifenleitung wie einer Resonanzschaltung bei dem zweiten Mikrowellen-/Millimeterwellenoszillator der zweiten Ausfüh­ rungsform kurzgeschlossen ist. Entsprechend Fig. 9 enthält die Stichleitung M15 einen MIM-Kondensator 8, und das Ende der Stichleitung M15 ist mit einer Kontaktstelle für eine Drahtverbindung mit einem leitenden Metall 4 verbunden und ist elektrisch mit einem Erdungsleiter, welcher auf der Un­ terseite eines Halbleitersubstrats 1 gebildet ist, über ein Durchgangsloch 6 verbunden. D.h. der in Fig. 9 dargestellte Stichleiter M15 ist ein Stichleiter mit einem kurzgeschlos­ senen Ende. Die Ergebnisse der Berechnung des oben erwähn­ ten bedingenden Ausdrucks unter Verwendung dieser Stichlei­ tung M15 mit einem kurzgeschlossenen Ende als Resonanz­ schaltung ist in Fig. 11 dargestellt. Aus einem in Fig. 11 dargestellten Graphen ist ersichtlich, daß der Oszillator bei der Frequenz f1 durch Kurzschließen des Endes dieser Stichleitung M15 oszilliert. Wenn des weiteren der Draht 4 der Stichleitung M15 mit kurzgeschlossenem Ende entfernt wird, wird das Ende der Stichleitung M15 elektrisch geöff­ net. Das Ergebnis der Berechnung aus den bedingenden Aus­ drücken (1) und (2) ist in Fig. 12 bezüglich dieses Falles dargestellt. Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß der Oszilla­ tor bei einer Frequenz f2, welche bezüglich der oben er­ wähnten Frequenz f1 unterschiedlich ist, in diesem Zustand oszilliert.

Der Mikrowellen-/Millimeterwellenoszillator der zweiten Ausführungsform, welcher auf die oben erwähnte Weise gebil­ det ist, kann bei wechselseitig unterschiedlichen Frequen­ zen in Abhängigkeit davon oszillieren, ob die Elektrode 15, welche die Stichleitung M15 bildet, mit dem Erdungsleiter bei dem Schritt des Drahtbondens in dem Verfahren des end­ gültigen Zusammenbaus ohne Ändern einer Struktur einer bei dem Halbleiterherstellungsverfahren gebildeten Mikrowellen­ schaltung verbunden wird.

Bei der zweiten Ausführungsform ist das Ende der Stich­ leitung M15 direkt mit dem Erdungsleiter verbunden, jedoch kann die zweite Ausführungsform derart gebildet werden, daß das Ende der Stichleitung M15 durch eine Varaktordiode 20 geerdet werden kann. In diesem Fall kann in dem Zustand, bei welchem das leitende Metall 4 nicht angeschlossen ist, der Oszillator mit einer Frequenz f1 oszillieren. Wenn wie in Fig. 10 dargestellt der Oszillator mit der Varaktordiode 20 unter Verwendung des leitenden Metalls 4 verbunden ist, kann der Oszillator mit einer Frequenz f3 oszillieren, wel­ che unterschiedlich zu den Frequenzen f1 und f2 ist. Des weiteren ist es möglich, die Oszillationsfrequenz f3 durch Ändern einer an die Diode angelegten Spannung zu ändern.

Dritte Ausführungsform

Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm, welches eine Konstruk­ tion einer Mikrowellenverstärkerschaltung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Mikrowellenverstärkerschaltung enthält beispielsweise einen Transistor 40, welcher als Feldeffekttransistor ausgebildet ist, eine Eingangserfassungsschaltung, welche an einen Gateanschluß des Transistors 40 angeschlossen ist, und eine Ausgangsanpassungsschaltung, welche an einen Drainanschluß des Transistors 40 angeschlossen ist. Die Eingangsanpas­ sungsschaltung enthält eine Übertragungsleitung 27 und eine Übertragungsleitung 26, welche in Serie zwischen einem Ein­ gangsanschluß 32 und einem Gateanschluß des Transistors 40 angeschlossen sind, und eine Übertragungsleitung 28, welche zwischen einem Verbindungspunkt zwischen der Übertragungs­ leitung 27 und der Übertragungsleitung 26 und einem An­ schluß 33 angeschlossen ist, während die Ausgangsanpas­ sungsschaltung eine Übertragungsleitung 29 und eine Über­ tragungsleitung 30, welche in Serie zwischen einem Aus­ gangsanschluß 35 und einem Drainanschluß des Transistors 40 angeschlossen sind, und eine Übertragungsleitung 31 auf­ weist, welche zwischen einem Verbindungspunkt zwischen der Übertragungsleitung 29 und der Übertragungsleitung 30 und dem Anschluß 34 angeschlossen sind. Bei der Mikrowellenver­ stärkerschaltung der dritten Ausführungsform ist ein durch einen Kondensator 39 geerdeter Anschluß 37 in der Nähe ei­ nes Anschlusses 33 vorgesehen, und ein durch einen Konden­ sator 38 geerdeter Anschluß 36 ist in der Nähe des An­ schlusses 34 vorgesehen. Die Übertragungsleitung 28 und die Übertragungsleitung 31 sind Stichleitungen mit einem offe­ nen Ende, welche aus einer Elektrode sich zusammensetzen, deren Ende auf einem Halbleitersubstrat getrennt von dem geerdeten Leiter gebildet ist. Die Anschlüsse 33 und 34 sind Enden der Elektroden, welche jeweils die Übertragungs­ leitung 28 und die Übertragungsleitung 31 bilden. Die An­ schlüsse 37 und 38 sind Anschlußelektroden, welche Drähte verbinden können. Entsprechend Fig. 13 ist eine Vorspan­ nungsschaltung zum Ansteuern des Transistors 40 ausgelas­ sen.

Bei der Mikrowellen-/Millimeterwellenverstärkerschal­ tung der dritten Ausführungsform, welche auf die oben er­ wähnte Weise gebildet ist, werden dann, wenn die Übertra­ gungsleitung 28 und die Übertragungsleitung 31 beide geöff­ net sind, die Länge und die Breite jeder Übertragungslei­ tung derart eingestellt bzw. bestimmt, daß sie an die Fre­ quenz f1 angepaßt sind. Wenn die Übertragungsleitung 28 und die Übertragungsleitung 31 durch die Kondensatoren 39 und 38 geerdet sind, wird die Länge und die Breite jeder der Übertragungsleitungen derart eingestellt bzw. bestimmt, daß sie an eine Frequenz f2 angepaßt sind. Fig. 18 zeigt eine Verstärkungscharakteristik für den Fall, bei welchem die Übertragungsleitung 28 und die Übertragungsleitung 31 in der in Fig. 13 dargestellten Mikrowellenverstärkerschaltung beide geöffnet sind. Fig. 19 zeigt eine Verstärkungscharak­ teristik, welche eine Verstärkungscharakteristik für den Fall darstellt, bei welchem die Übertragungsleitung 28 und die Übertragungleitung 31 durch Kondensatoren 39 und 38 in der Mikrowellen-/Millimeterwellenverstärkerschaltung von Fig. 13 beide geerdet sind.

Die Mikrowellen-/Millimeterwellenverstärkerschaltung der dritten Ausführungsform, welche auf die oben erwähnte Weise gebildet ist, ist derart gebildet, daß eine ge­ wünschte Frequenz erzielt wird durch Ändern der Länge jeder Übertragungsleitung, welche die Eingangsanpassungsschaltung und die Ausgangsanpassungsschaltung bildet, insbesondere der Länge und der Breite der Übertagungsleitung 28 und der Übertragungsleitung 31. Bei der vorliegenden Erfindung ist diese Eingangsanpassungsschaltung derart gebildet, daß die Anschlüsse 33 und 37 miteinander verbunden sind, und die Ausgangsanpassungsschaltung ist derart gebildet, daß An­ schlüsse 34 und 36 miteinander verbunden sind, mit dem Er­ gebnis, daß ein Anpassungszustand bei einer unterschiedli­ chen Frequenz realisiert werden kann. Daher ist es möglich, eine unterschiedliche Verstärkungscharakteristik durch Ver­ binden unter Verwendung des Drahts zu erzielen, nachdem dieselbe Struktur in demselben Halbleiterherstellungsver­ fahren gebildet worden ist.

Modifizierung

Bei den oben erwähnten Ausführungsformen 1, 2 und 3 sind das Ende der Elektrode, welche die Stichleitung M3 bildet, und der Erdungsleiter E1 durch Drahtbonden unter Verwendung eines Drahts wie eines leitenden Metalls 4 ver­ bunden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie in Fig. 14 dargestellt können das Ende der Stichleitung M3 und der Erdungsleiter E1 unter Verwendung einer Drahtbrücke 21 verbunden werden, welche leicht unter Verwendung des Halbleiterherstellungsverfahrens gebildet werden kann. Da dieser Brückendraht 21 leicht in dem Zusam­ menbauverfahren wie in Fig. 15 dargestellt entfernt werden kann, kann der Brückendraht 21 auf die Ausführungsformen 1, 2 und 3 der vorliegenden Erfindung angewandt werden.

Des weiteren kann bei der oben erwähnten ersten, zwei­ ten und dritten Ausführungsform die Stichleitung mit offe­ nem Ende auf eine in Fig. 16 dargestellte Weise gebildet werden. Die in Fig. 16 dargestellte Stichleitung M22 ist derart gebildet, daß das Teil C, welches um eine vorbe­ stimmte Länge von dem Ende entfernt ist (beispielsweise ei­ ne viertel Wellenlänge einer Betriebsfrequenz), in der Nähe eines Chipkondensators 7 gebildet ist, um eine Verbindung zu einem Chipkondensator 7 mit einem Draht an dem Teil C zu ermöglichen. An einem offenen Ende B in der Mikrowellen­ schaltung nimmt eine Spannungsamplitude einen maximalen Wert an, und eine Impedanz wird unendlich (ein sogenannter Bauch (belly) von Wellen). Des weiteren ist ein Teil, an welchem der Kurzschlußzustand in der Mikrowellenzone er­ zeugt wird, ein Teil, welcher um eine viertel Wellenlänge von diesem offenen Ende B getrennt ist. Durch Verbinden des Drahts 4 und des Chipkondensators an diesem Punkt kann ein Erdungszustand bei einer gewünschten Frequenz geschaffen werden. Zu dieser Zeit kann an einem gewünschten Punkt, welcher um eine Viertel Wellenlänge von einem offenen Ende bei irgendeiner Frequenz abgetrennt ist, eine Erdung flexi­ bel unter Verwendung eines leitenden Metalls 4 bei einer willkürlichen Frequenz in dem Verfahren des Zusammenbaus realisiert werden. Diese Konstruktion kann auf eine der er­ sten, zweiten und dritten Ausführungsform angewandt werden. Fig. 17 zeigt eine Ansicht, welche eine Modifizierung von Fig. 16 in einer äquivalenten Schaltung dargestellt. Der in Fig. 17 dargestellte Kondensator 26 entspricht dem in Fig. 16 dargestellten Kondensator 7. Eine in Fig. 17 darge­ stellte Übertragungleitung 25 entspricht einem Teil mit ei­ ner 1/4-Wellenlänge von einem Ende B der Übertragungslei­ tung, während eine Übertragungsleitung 23 von Fig. 16 einem verbleibenden Teil der Übertragungsleitung 22 von Fig. 16 entspricht. In dem in Fig. 16 dargestellten Beispiel kann eine Erdung an irgendeinem Punkt des 1/4-Wellenlängenteils von dem Ende B der Übertragungsleitung 22 gebildet werden.

Obenstehend wurde eine integrierte Mikrowellenschaltung offenbart. Bei der integrierten Mikrowellenschaltung können die Entwicklungskosten reduziert werden und die integrierte Mikrowellenschaltung kann unter geringen Kosten hergestellt werden. Die integrierte Mikrowellenschaltung wird mit einer vorbestimmten ersten Frequenz betrieben und enthält eine Stichleitung mit einem offenen Ende und besteht aus einer Übertragungsleitung, die sich aus Elektroden mit einer vor­ bestimmten Konfiguration zusammensetzt, welche auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind. Wenigstens ein Endteil der Stichleitung ist in der Nähe eines auf einem dielektri­ schen Substrat gebildeten Erdungsleiters vorgesehen, und die Elektrode, welche die Stichleitung bildet, ist mit dem Erdungsleiter an dem Teil in der Nähe des Erdungsleiters verbunden, wodurch es der Schaltung ermöglicht wird, mit einer zweiten Frequenz betrieben zu werden, die sich von der ersten Frequenz unterscheidet.

Claims (7)

1. Integrierte Mikrowellenschaltung, welche mit einer vorbestimmten ersten Frequenz betrieben wird, mit:
einer Übertragungsleitung, die sich aus Elektroden mit einer vorbestimmten Konfiguration zusammensetzt und auf ei­ nem Halbleitersubstrat gebildet sind, um als Stichleitung mit offenem Ende zu fungieren; und
einer Erdungsleitung, welche auf einem dielektrischen Substrat gebildet ist, wobei die Stichleitung mit dem offe­ nen Ende in der Nähe der Erdungsleitung versehen ist und ein Teil des sich anschließenden Teils mit dem Erdungslei­ ter verbunden ist, wodurch der Schaltung ermöglicht wird, mit einer zweiten Frequenz zu arbeiten, die sich von der ersten Frequenz unterscheidet.

2. Integrierte Mikrowellenschaltung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß sich das anschließende Teil ent­ lang dem Erdungsleiters erstreckt und ein Teil des sich an­ schließenden Teils mit dem Erdungsleiter verbunden ist, wo­ durch die zweite Frequenz auf eine gewünschte Frequenz in Abhängigkeit der Entfernung zwischen dem geöffneten und dem Verbindungsteil eingestellt wird.

3. Integrierte Mikrowellenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator zum Verhin­ dern eines Gleichstroms zwischen der Elektrode und dem Er­ dungsleiter auf einem Teil der Elektrode gebildet ist, wel­ che die Stichleitung bildet.

4. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil der Stich­ leitung über einen Kondensator mit dem Erdungsleiter ver­ bunden ist.

5. Integrierte Mikrowellenschaltung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Mikrowellenschaltung eine Mikrowellenoszillationsschaltung ist, mit:
einem Transistor mit drei Anschlüssen, einem ersten An­ schluß, einem zweiten Anschluß und einem dritten Anschluß; und
einer Rückkopplungsübertragungsleitung, welche mit dem zweiten Anschluß verbunden ist,
wobei die Stichleitung mit dem ersten Anschluß zum Os­ zillieren mit der ersten Frequenz verbunden ist und die Stichleitung mit der Erdungselektrode verbunden ist, wo­ durch die Schaltung mit der zweiten Frequenz oszilliert.

6. Integrierte Mikrowellenschaltung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektrode, welche die Stich­ leitung bildet, über eine Varaktordiode mit dem Erdungslei­ ter verbunden ist, wodurch sich die Frequenz der Schaltung auf die zweite Frequenz ändert.

7. Integrierte Mikrowellenschaltung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Mikrowellenschaltung eine Mikrowellenverstärkerschaltung ist, mit:
einem Transistor mit drei Anschlüssen, einem ersten An­ schluß, einem zweiten Anschluß und einem dritten Anschluß, wobei der zweite Anschluß geerdet ist;
einer Eingangsanpassungsschaltung, die mit dem ersten Anschluß verbunden ist; und
einer Ausgangsanpassungsschaltung, die mit dem dritten Anschluß verbunden ist;
wobei die Eingangsanpassungsschaltung und die Ausgangs­ anpassungsschaltung jeweils die Stichleitung mit einem of­ fenen Ende enthalten, um das Mikrowellensignal in einem er­ sten Frequenzbereich zu verstärken, welcher die erste Fre­ quenz beinhaltet, und wobei dann, wenn jede Stichleitung mit dem Erdungsleiter verbunden ist, das Mikrowellensignal in dem zweiten Frequenzbereich verstärkt wird, welcher eine zweite Frequenz beinhaltet.