DE2203892A1 - Hochleistungshalbleiterbauteil für Hochfrequenzanwendungsfälle - Google Patents

Hochleistungshalbleiterbauteil für Hochfrequenzanwendungsfälle

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DE2203892A1 DE19722203892 DE2203892A DE2203892A1 DE 2203892 A1 DE2203892 A1 DE 2203892A1 DE 19722203892 DE19722203892 DE 19722203892 DE 2203892 A DE2203892 A DE 2203892A DE 2203892 A1 DE2203892 A1 DE 2203892A1
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Description

25. Januar 1972
TRV/ INC., Los Angeles, Staat Kalifornien, V.St.A.
Hochleistungshalbleiterbauteil für Hochfrequenzanwendungsfälle
Die Erfindung betrifft Halbleiterbauteile und insbesondere solche Halbleiterbauteile, die hohe Ausgangssignalleistungen bei hohen Frequenzen erzeugen können.
Die Fortschritte der modernen Technologie haben den Bedarf nach Halbleiterbauteilen erhöht, die bei hohen Frequenzen zuverlässig arbeiten und Ausgangssignale in hohen Leistungsstufen erzeugen« Der im folgenden verwendete Begriff "Hochfrequenz" soll den Frequenzbereich umfassen, der für den Ersatz von RC-Netzwerken die Verwendung von induktiven Spulen und Kondensatoren erforderlich macht, z.B. 200 MHz und mehr. Die aus dem Stand der Technik bekannten, für den Betrieb mit Hochfrequenz geeigneten Bauteile waren bisher auf Ausgangssignalleistungen unterhalb 15 Watt beschränkt. Die bekannten Halbleiterbauteile müssen dabei als eine Parallelschaltung von mehreren kleineren Transistoren angesehen werden. Bei den bekannten Hochleistungstransistoren sind dabei überlicherweise die Basisgebiete der parallelen Transistorelemente direkt mit der Basisanschlußleitung des Gesamttransistorbauteils ge-
H/s
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koppelt. Der Basiswiderstand eines im C-Betrieb arbeitenden HP-Hochleistungstransistors hat die Tendenz geringer zu werden, wenn die Basissteuerleistung ansteigt. Wenn der Basiswiderstand eines der gekoppelten Hochleistungstransistorelemente aus irgendeinem Grund niedriger wird, steigt die Steuerleistung dieses Transistorelements, wodurch die Temperatur an diesem Punkt steigt. Der Anstieg der Temperatur führt au einer weiteren Verminderung des Basiswiderstands, so daß es zu einem thermischen Durchgehen oder wenigstens doch zu einer thermischen und elektrischen Unstabilität kommt.
Ein weiteres den bekannten Halbleiterbauteilen anhaftendes Problem liegt in der Begrenzung der Eingangsbandbreite. Die elektrischen Anforderungen an Hochleistungstransistoren führen zu einem Aufbau mit erheblichen physikalischen Abmessungen, insbesondere dann, wenn die Abmessungen mit denen von integrierten Schaltungen niedriger Leistung verglichen werden. Die Entfernung zwischen der Oberfläche einer Halbleiterscheibe und den Anschlußleitungen an den Bauteil 1st groß genug, um zu einer Basisleitung zu führen, welche hohe Induktionswerte hat. Dabei ist ersichtlich, daß bei Betrieb mit steigender Frequenz sich die Wellenlänge des Signals der Länge der Basisleitung zu nähern beginnt, wodurch die auftretenden Probleme vermehrt werden« Das Vorhandensein von übermäßigen Leitungsinduktivitäten an der Basis des Transistors begrenzt die Betriebsbandbreite des Bauteils, da die Arbeitsbandbreite der Eingangsinduktivität der Vorrichtung umgekehrt proportional ist.
Ein weiteres bei den bekannten Hochleistungstransistoren auftretendes Problem liegt in der Unfähigkeit dieser Bauteile die bei Betrieb mit Eingangssignalen mit zunehmender Frequenz auftretenden Verstärkungsverluste intern zu kompensieren· Wenn der Betriebsfrequenzbereich eines Bauteils eine volle Oktave umspannt, d.h. wenn die obere und untere Grenz-
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frequenz über dem Paktor zwei zusammenhängen , erfolgt eine Verringerung der Verstärkung von 6db vom unteren Ende der Bandbreite bis zum oberen Ende der Bandbreite bei vorgegebener Eingangsleistungsgröße· Da eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung über den gesamten Frequenzbereich, innerhalb dessen der Bauteil eingesetzt wird, erwünscht ist, ist diese Unfähigkeit der internen Kompensation der Verstärkerverluste ein Problem von erheblichem Gewicht.
Da die bekannten Hochleistungstransistoren tatsächlich eine Parallelschaltung kleinerer Transistorelemente sind, führt die Parallelschaltung der Basiswiderstände der einzelnen Transistorelemente zu einer wirksamen Eingangsimpedanz für das Bauteil, die eine charakteristisch niedrige Größe hat. Eine sehr kleine Eingangsimpedanz eines Bauteils führt dann zu Schwierigkeiten, wenn der Bauteil in eine elektrische Schaltung eingefügt wird« Um diese bei den bekannten Bauteilen auftretenden Schwierigkeiten zu vermeiden, wurden komplexe, äußere Impedanzerhöhungsschaltungen verwendet·
Demgegenüber liegt der Erfindung zu Aufgabe zugrunde, einen für Hochfrequenzanwendungsfälle geeigneten Hochleistungstransistor zu schaffen, bei welchem keine thermische- und elektrische Instabilität auftritt und der ein verbessertes Leistungs- und Bandbreitenverhalten zeigt· Dabei soll der Hochleistungstransistor bei einer speziellen Frequenz innerhalb des Betriebsfrequenzbereiches eine rein ohmische Eingangsimpedanz haben.
Ausgehend von einem elektrischen Halbleiterbauteil, bei dem zur Erhöhung der Leistung mehrere Transistorelemente zusammengeschaltet sind, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen metallisierten, wärmeleitenden, elektrisch isolierten Halterungsbauteil mit einer mit Abstand voneinander auf ihm angeordneten ersten t sweiten und dritten metalli-
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eierten Fläche, von denen die zweite metallisierte Fläche einen zwischen der ersten und der dritten metallisierten Fläche liegenden Abschnitt aufweist; eine Mehrzahl der Transistorelemente mit je drei zusammenwirkenden aktiven Gebieten, von denen ein erstes aktives Gebiet auf der ersten metallisierten Fläche befestigt ist und mit ihr in elektrischem Kontakt steht; eine Mehrzahl von Kondensatorelementen mit je zwei Elektroden, von denen die erste Elektrode auf dem zwischen der ersten und der dritten metallisierten Fläche liegenden Abschnitt der zweiten metallisierten Fläche in enger Anlage befestigt 1st; erste Anschlußeinrichtungen zum Verbinden eines zweiten Gebiets jedes Transistorelements mit der zweiten Elektrode des zugehörigen Kondensatorelements; zweite Anschlußeinrichtungen zum Verbinden der zweiten Elektrode der Kondensatorelemente mit der dritten metallisierten Fläche; und durch dritte Anschlußeinrichtungen zum Verbinden des dritten Gebiets der Transistorelemente mit der zweiten metallisierten Fläche. Die aktiven Gebiete der Transistorelemente umfassen vorzugsweise ein Kollektor-, ein Basis- und ein Emittergebiet·
Durch diese Ausgestaltung werden die bei bekannten Halbleiterbauteilen erwähnten Probleme im wesentlichen gelöst» Eine Mehrzahl von Transistorelementen wird unter Verwendung von Viertelwellenlängen-Übertragungsleitungen zusammengeschal-^ tet. Durch Einfügung einer Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung zwischen der Eingangsleitung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils und den Eingangsgebieten der Transistorelemente wird die verfügbare Ausgangsleistung erhöht, die verfügbare Bandbreite vergrößert und die Eingangsimpedanz des Bauteils auf einer brauchbaren Größe gehalten. Gleichzeitig wird die Verstärkungsleistung des Bauteils über den Betriebsfrequenzbereich stabilisiert, die Eingangsimpedanz des Bauteils wird bei der Frequenz innerhalb des Frequenzbetriebsbereichs rein ohmisch und eine Ursache für thermisches Durchgehen oder thermische Instabilität wird eliminiert,
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Beim erfindungsgemäßen Hochleistungshochfrequenztransistor sind vorzugsweise Silizium-Transistorelemente verwendet, von denen jedes Element üblicherweise in einem Leistungsbereich von 1 bis 2 W derart arbeitet, daß die Ausgangsleistung des gesamten Bauteils 40 Watt bei Frequenzen von oberhalb 200 MHz überschreiten kann. Es können getrennte Silizium-Transistorscheibchen oder Mehrzellentransistoren auf einer gemeinsamen metallisierten Fläche angeordnet werden. Wenn ein Mehrzellentransistor verwendet wird, werden die verwendeten Transistorelemente von einer in geeigneter Weise behandelten Siliziumscheibe gebildet, deren Körper üblicherweise das gemeinsame Kollektorgebiet sämtlicher Transistorelemente oder Einzelzellen bildet. Bei Befestigung auf der metallisierten Fläche ist das Kollektorgebiet der Transistorelemente elektrisch leitend mit der metallisierten Fläche verbunden. Der Eingang in die Elemente des Mehrzellentransistors wird von einer Leitung bzw. einer dieser äquivalentm Schaltung gebildet, die bei einer Frequenz innerhalb der Betriebsbandbreite einer Viertelwellenlänge entspricht. Da der erfindungsgemäße Hochleistungstransistor für einen Betrieb bei hohen Frequenzen, d.h. oberhalb von 200 MHz, bestimmt ist, kann in der Praxis eine physikalische Übertragungsleitung mit einer einer Viertelwellenlänge entsprechenden Länge nicht verwendet werden, weil die Abmessungen zu groß würden. Wenn der erfindungsgemäße Halbleiterbauteil beispielsweise für einen Frequenzbereich von 200 bis 400 MHz mit einer mittleren Prequenz von 300 MHz bestimmt ist, würde eine Viertelwellenlänge-Übertragungsleitung etwa 25 cm lang. Um dieses physikalische Problem der Verwendung einer tatsächlichen Übertragungsleitung zu überwinden, kann eine Mquivalente konstante Ersatzschaltung angewandt werden, die die gleiche Wirkung wie eine Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung hat. Das Basisgebiet jedes Transistorelements wird über eine erste Anschlußleitung an einen Kondensator angeschlossen, dar einen hinreichend hohen induktiven Blindwiderstand (Reaktanz) hat, so daß die Übertragungsleitung eine geeignete charakteristische Impedanz hat. Der Kondensator* ist
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in der Kapselung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteüs integriert und liegt im Nebenschiß zum Halbleiterelement. Eine zweite Anschlußleitung ist am gemeinsamen Anschluß des Kondensators und der ersten Anschlußleitung angeschlossen und verbindet das jeweilige Transistorelement mit dem Eingangsanschluß des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteüs. Die zweite Anschlußleitung hat im wesentlichen dieselbe Induktivität wie die erste Anschlußleitungr wobei der Blindwiderstand beider Anschlußleitungen und des Kondensators gleich sind. Durch Integrierung des Kondensators in die Kapselung selbst und durch Verminderung der Induktivität der die Transistorelemente mit den äußeren Anschlüssen verbindenden Anschlußleitungen wird die Betriebsbandbreite der Bauteile vergrößert» die verfügbare Ausgangsleistung erhöht, die Verstärkung des Bauteils über den Frequenzbereich im wesentlichen stabilisiert, die Eingangsimpedanz des Bauteils auf brauchbarer Höhe gehalten,und eine Fehlerquelle des Bauteils ist eliminiert·
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
Flg. 1 eine Draufsicht auf einen er findungs gemäßen Ha2Ueiterbauteil in schematisierter Form;
Fig. 2a eine im Maßstab vergrößerte Draufsicht auf
ein im Halbleiterbauteil nach Fig. 1 verwendetes Halbleiterscheibchen;
Fig. 2b eine Schnittansicht durch den Transistor von Fig. 2a entlang der Linie 2b-2b der Fig. 2a;
Fig. 3a ein schematisches Schaltbild eines in der erfindungsgemäßen Weise angeschlossenen Transistorelements;
Pig. 3b ein konstantes Ersatzschaltbild für die Viertelwellen-Übertragungsleitung von Fig» 3a;
Fig c 4 eine Draufsicht einer alternativen 5,usführuninform eines erf 3ndungsgemäßen HeJ.bleiterbaute.iLs
in schematisierter Forn-,
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Fig, 5a eine maßstabvergrößerte Draufsicht auf einen in
der Ausführungsform nach Fig. 4 verwendeten Mehrzellentransistor;
Fig. 5b eine maßstäblich vergrößerte Schnittansicht des Mehrzellentransistors entlang der Linie .5b-5b in Fig. 5a;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines in der AusfOhrungs»
form nach Fig· 4 verwendeten Kondensatorelements;
Fig· 7 ein Diagramm, bei welchem über der Frequenz der Eingangsblindwiderstand und der Eingangswiderstand eines erfindungsgemäß aufgebauten Ausführungsbeispiels gezeigt ist; und
Fig. 8 ein Diagramm, bei dem über der Frequenz die Verstärkung und die Rückflußdämpfung einer gemäß der Erfindung aufgebauten Ausführungsform dargestellt ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden auf die Fig. 1 Bezug genommen, in welcher ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Hochleistungshalbleiterbauteils gezeigt ist, das in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet ist. Der erfindungsgemäße Transistorbauteil ist auf den Betrieb mit Hochfrequenz-Eingangssignalen ausgelegt, wobei "Hochfrequenz" solche Frequenzen umfassen soll, die über 200 MHz liegen. Zusätzlich ermöglicht der Halbleiterbauteil hohe Ausgangssignalleistungen bei den Betriebsfrequenzen, wobei unter hoher Ausgangsleistung zu verstehen ist, daß 15 W überschritten werden. Bezüglich der Ausgangsleistung wird darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäße Hochfrequenz-Hochleistungstransistor ein Betrieb bei Ausgangsleistungsgrößen oberhalb von 40 Watt ermöglicht, was bei den aus dem Stande der Technik bekannten Bauteilen nicht erreicht wird. Der erfindungsgemäße Halbleiterbauteil 10 umfaßt eine Vielzahl von einzelnen Transistorelementen 11, die auf einer gemeinsamen metallisierten Fläche 12 angeordnet sind. Der Halbleiterbauteil 10 ist zwar mit nur zwei Transistorelementen 11 dargestellt, jedoch dient die gezeigte Beschränkung nur Erläuterungs-
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zwecken. Die Anzahl der Transistorelemente 11 zum Aufbau des Halbleiterbauteils 10 wird nur durch die vom Halbleiterbauteil 10 geforderten elektrischen Eigenschaften bestimmt.
Die Transistorelemente 11 sind üblicherweise npn-Silizium-Transistorscheibchen,deren Körper das Kollektorgebiet der Elemente darstellt. Bei dieser Ausgestaltung werden die Kollektorgebiete der Transistorelemente 11 unter Hersteilung von elektrischem Kontakt auf der metallisierten Fläche 12 befestigt. Obgleich die Transistorelemente 11 vorzugsweise in der im vorstehenden erwähnten Weise ausgestaltet sind, ist es klar, daß Transistorelemente 11 auch aus anderen Halbleitermaterialien als Silizium, nämlich Germanium hergestellt werden können, und daß sie auch so dotiert werden können, daß sie als pnp-Transistor vorliegen·
In den im folgenden erörterten Pig. 2a und 2b ist ein für die Verwendung im erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil 10 geeignetes, typisches Transistorelement 11 gezeigt. Das Transistorelement 11 ist in einer räumlichen oder topologischen Geometrie aufgebaut, die am besten in Fig. 2a zu erkennen ist» Das Element 11 ist, wie bereits erwähnt, vorzugsweise aus einer Halbleiterscheibe hergestellt, die üblicherweise aus η-leitendem Silizium besteht. In der Halbleiterscheibe ist ein Basisgebiet 30 gebildet, wobei im Basisgebiet 30 ein Smittergebiet 31 so ausgebildet ist, daß die in den Fig. 2a und 2b gezeigten, kammartig ineinandergreifenden 3asis- und Emittergebiete entstehen« Die kamraartig ineinandergreifenden Basis- und Emittergebiete 30 und 31 sind mit bekannten Verfahren hergestellt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bilden. Die elektrischen Anschlüsse au den aktiven Gebieten des Transistorelements 11 werden durch Aufbringung von metallischen Schichten 32 und 33 auf den fingerartigen Basis- und Emittergebieten 30 bzw. 31 hergestellt. Die metallischen Schichten 32 und 33 bestehen aus üblichen Kontaktmetallen, z.B. Gold. Die Aufbringung der metallischen Schichten 32 und 33 auf den
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aktiven Gebieten 30 und 31 erfolgt mit bekannten Verfahren, z.B. durch Vakuumaufdampf ung· Das Kollektorgebiet 34 wird vom Körper des Transistorelements 11 gebildet und dient gleichzeitig zur Befestigung des Transistorelements 11 auf der metallisierten Fläche 12 des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils .
Im folgenden wird noch einmal auf Fig. 1 Bezug genommen, aus der die relative Anordnung der Transistorelemente 11 und der übrigen Bauelemente des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils am besten hervorgeht· Zur beispielsweisen Veranschaulichung sind die Transistorelemente 11 mit den verbleibenden Elementen des Halbleiterbauteils 10 in einem Aufbau mit gemeinsamem Emitter zusammengeschaltet, wobei jedoch ausdrücklich festgestellt wird, daß dies nur zu Beispielszwecken erfolgt, und daß ein Aufbau mit gemeinsamer Basis ebenfalls im Rahmen des Erfindungsgedanken verwirklichbar ist» Die Basisgebiete der Transistorelemente 11 sind jeweils über Anschlußleitungen 14 an eine erste Elektrode von Kondensatoren 13 angeschlossen, wobei die erste Elektrode des Kondensators 13 über eine Anschlußleitung 16 mit einer metallisierten Fläche 15 verbunden ist» Die zweite Elektrode der Kondensatoren 13 ist elektrisch leitend auf einer metallisierten Fläche 17 befestigt, die in der Schaltung, in welcher der erfindungsgemäße Halbleiterbauteil 10 verwendet werden soll, Üblicherweise elektrisch an das Erdpotential angeschlossen ist· Das Emittergebiet der Transistor· elemente 11 ist über Emitter-Anschlußleitungen 18 an der zugehörigen metallisierten Fläche 17 angeschlossen, wodurch die Verbindungen der Transistorelemente 11 mit den zugehörigen Anschlußelementen abgeschlossen ist· Zur Herstellung eines Anschlusses am erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil ist eine Basisanschlußfahne 11 an der metallisierten Fläche 15, eine KoIlektoranschlußfahne 20 an der metallisierten Fläche 12 und ein Paar von Emitteranschlußfahnen 21 an den zugehörigen metallisierten Flächen 17 angeschlossen· Die metallisierten Flächen
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15 und 17 sind vorzugsweise ebenso wie die metallisierte Fläche 12 aus Gold hergestellt, obgleich sie auch durch Abscheidung anderer bekannter Kontaktmetalle hergestellt werden können. Die Kondensatoren 13 können übliche Kondensatorelemente sein, die im Rahmen der physikalischen Erfordernisse des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils verwendet werden können. So körnen beispielsweise MOS-Kondensatoren (Metalloxid-Halbleiterkondensatoren), keramische Kondensatoren, Eünnschicht-Kondensatoren oder aus anderen hinsichtlich der Abmessung, der Leistung, Q und der Kapazitätsanforderungen verwendbaren Materialien aufgebaute Kondensatoren Verwendung finden.
Die metallisierten Flächen 12, 15 und 17 sind auf der Oberfläche eines wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Halterungsbauteils 22 angeordnet. Der wärmeleitende Halterungsbauteil 2?. ist vorzugsweise aus einem aus Berylliumoxid bestehenden Keramikmaterial hergestellt, weil dieses die notwendigen Wärmeabfuhrerfordernisse erfüllt, die infolge des vorgesehenen Einsatzes des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils 10 auftreten. Trotz der bevorzugten Verwendung von Berylliumoxid für den Halterungsbauteil 22 können auch andere geeignete wärmeleitende Materialien verwendet werden. Bei der Handhabung und Bearbeitung von Berylliumoxid muß sorgfältig vorgegangen werden· Berylliumoxid kann für das menschliche Atmungssystem gefährlich sein, wenn es in Pulverform vorliegt, so daß bei der Bearbeitung oder beim Schleifen des Berylliumoxidbauteils durch geeignete Ausrüstung Sorge dafür getragen werden muß, daß kein unerwünschter Kontakt entstehen kann.
Die metallisierten Flächen 12 und 15 erstrecken sich vom Rand des keramischen Bauteils 22 nach innen, wobei ihre inneren Ränder Abstand voneinander haben. Die metallisierten Flächen 17 sind symmetrisch entlang der Seitenränder der metallisierten Flächen 12 und 15 angeordnet.
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Obwohl die Abschnitte der metallisierten Flächen 17, auf denen die Kondensatoren 13 gezeigt sind, voneinander isoliert sind, könnten sie auch mit einem mit Abstand zwischen den metallisierten Flächen 12 und 15 verlaufenden metallisierten Abschnitt zu einer integralen Einheit verbunden sein, wobei sie dann eine einheitliche, H-förraige Fliehe bilden würden·
Die bekannten Leistungstransistoren sind sowohl hinsichtlich der verfügbaren Ausgangsleistung als auch bezüglich der Betriebsbandbreite begrenzt. Bei de« in bekannter Weise aufgebauten, vor dem in Fig· I gezeigten Halbleiterbsuteil liegenden Leistungstransistoren wird das Basisgebiet der Transistor elemente direkt gekoppelt, so daß die gesamte Transistorkapselung zu» Basiseingang des Bauteils wird· Jeder größere Leistungstransistoraufbau muß, unabhängig von der speziellen Herstellungsform als Parallelschaltung verschiedener kleinerer Transistorelemente angesehen werden. Jedes Transistorelement hat einen vorgegebenen BasisausbreitungssMsrstand,und der Basiswiderstand hat bei Betrieb des Leist&ngstransistors im '^"-Betrieb die Tendenz geringer zu werctea, wenn die Steuerleistung erhöht wird« Wenn aus irgendeinem grand der Basisausbreitungswiderstand eines der direkt gekoppelten Transistorelemente den Steuersignal einen niedrigeren Widerstand als Irgendeines der anderen Transistorelemente des gesamten Bauteils entgegensetzt, steigt die über den niedrigeren Basisausbreltungswlderstand zugeführte Leistung· Sa der Basisausbreitungswiderstand bei steigender Steuerlelstung geringer wird, erhöht sich die am speziellen Verzweigoitgspunkt übertragene Leistung weiter, was mindestens zu elsier elektrischen !Instabilität und möglicherweise zu einem thermischen Durchgehen, d.h. eine immer stärkere Erhitzung, führt.
Durch die Verfahrensweise der direkten Kopplwag sämtlicher Basisgebiete der Transistoreinzelelemente em Basiseingang des Halbleiterbauteils wird die Eingangsbandbreite der hochfre-
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quenten Leistung des Transistors erheblich verringert. Glei chung (1) gibt den Zusammenhang zwischen der Begrenzung der Bandbreite eines Leistungstransistors mit direkter Kopplung der Basisgebiete der Transistorelemente,aus denen der Hochfrequenz-Hochleistungstransistor aufgebaut ist:
BWEingang
L "
Eingang
worin r^, = Basisausbreitungswiderstand
L_.. _ =» Induktivität der Basisan-
Exngang schiußieitung
Durch Verwendung einer Impedanz-Anpassungsschaltung kann die Eingangsimpedanz des Bauteils im wesentlichen über die Bandbreite des Halbleiterbauteils niedrig gehalten werden, jedoch ist eine Bandbreitenvergrößerung über die aus Gleichung (1) gegebenen Grenzen physikalisch unmöglich. Unter Zugrundelegung der in Gleichung (1) gegebenen Zusammenhänge ist es möglich, den Basiswiderstand r. , zu erhöhen, um die Bandbreite zu vergrößeren,jedoch ist dies nicht praktikabel, weil für gute Hochfrequenzleistung ein niedriger Basiswiderstand und eine große Leistungshöhe erforderlich sind. Da es ein allgemein anerkanntes Prinzip ist, daß die Ausgangsleistung eines Transistors jederzeit verdoppelt werden soll, muß der Basiswiderstand r., durch zwei geteilt werden» Dann ergibt
der
sich, daß abzuändernde Parameter die Eingangsinduktivität LEin ησ ist, der im vorliegenden Fall von der Induktivität der Anschlußleitung zwischen dem Basisgebiet des Transistorelements und dem Basisanschluß am Halbleiterbauteil gebildet wird.
In Fig. 3a ist ein schematisches Schaltbild des in Fig» I gezeigten Bauteils dargestellt. Es wird wieder darauf hingewie-
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sen, daß die Anzahl der gezeigten Transistoren nur beispielhaft au verstehen ist. Eine wesentliche Verbesserung der elektrischen Eigenschaften eines Hochfrequenz-Hochleistungstransistors kann erreicht werden, wenn die Basisanschlußleitung nicht nur eine konzentrierte Induktivität f1»«, η *"η Gleichung (I)) ist, sondern wenn die Übertragungsleitung eine geeignete charakteristische Impedanz hat· In Fig. 3a sind die Transistoren 40, 41 und 42 in einer Weise miteinander verbunden, welche die Herstellung größerer Transistorbauteile erleichtert, indem ihre Basisgebiete über die Übertragungsleitungen 44, 45 und 46 mit einem gemeinsamen Eingangsanschluß 43 verbunden sind. Wie aus Fig. 3a hervorgeht, haben die Übertragungsleitungen 44, 45 und 46 eine Länge, die einem Viertel der Wellenlänge entspricht»
Die Beziehung zwischen der Eingangsimpedanz einer Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung und der charakteristischen Impedanz und deren Abschlußimpedanz ergibt sich aus den nachs tehenden Gleichungen:
Z. cos£ ( λ /4) + jZrt sin β ( X /4)
zin. ± z—:—
Zo cos β ( ^/4) + jZt sin/3 ( λ./4)
worin /6*2 TT/ X und
λ β Wellenlänge
so daß:
Zt cos (2^/4) + jZo sin (2^/4)
(3> 2In = 2O
cos (2*74) + jZt sin (2
Durch Umordnung der Ausdrücke und Auflösung nach Z ist die charakteristische Impedanz einer Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung gegeben durch den in Gleichung (4) gegebenen Ausdruck·
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worin: Z = charakteristische Impedanz der Viertelwellen-Übertragungsleitung
Z. a Eingangsimpedanz der Übertragungsxn leitung
Zt = Abschlußimpedanz
Durch weitere Umstellung der Ausdrücke der Gleichung (4) kann gezeigt werden, daß:
(5) 2
Wenn die Transistoren 40, 41 und 42 am Eingangsanschluß 43 über die Viertelwellenlängen-Übertragungsleitungen 44, 45 und 46 angeschlossen sind, wird die Eingangsimpedanz (Z1 ) am Eingang jeder Übertragungsleitung 44, 45 und 46 umgekehrt proportional zur Abschlußimpedanz Z,» Wie anhand des in Fig· 3a gezeigten schematischen Schaltbildes zu erkennen ist, wird der Basisausbreitungswiderstand der Transistoren 40, 41 und 42 gleich der Abschlußimpedanz der ViertelwellenlMngen-Übertragungsleitungen 44, 45 und 46, wobei jede Verminderung des Basisausbreitungswiderstandes r. , eines speziellen Transistors zu einer Erhöhung der Eingangsimpedanz dieser Übertragungsleitung führt. Infolge dieses Zusammenhanges wird die Eingangsimpedanz dieser Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung erhöht, so daß ein selbstregelnder Mechanismus entsteht, wenn der physikalische Aufbau der Transistorelemente oder irgendein anderer Grund zu einer Verringerung des Basisausbreitungswiderstandes der Transistorelenente führt· Die Verwendung einer Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung zum Anschluß der Basis des Transistorelements am Eingangsanschluß des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Hochleistungshalbleiterbauteils wird die Ursache für elektrische Instabilität und für thermisches Durchgehen im wesentlichen ausgeschaltet.
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Die Verwendung von Viertelwellenlängen-Übertragungsleitungen als Leistungsteiler zum Zweck der Zufuhr von Leistung zu verschiedenen Lasten unter gleichzeitiger Isolierung der Lasten voneinander ist aus dem Stande der Technik bekannte der Hauptunterschied zwischen dem bekannten Leistungsteiler und dem beim erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Hochleistungshalbleiterbauteil verwendeten liegt in der grundlegenden Tatsache, daß die Lasten nach der Erfindung nicht voneinander isoliert werden sollen, sondern daß lediglich eine Kompensation einer unerwünschten Verringerung des Basisausbreitungswiderstandes erfolgen soll.
Die Verwendung einer tatsächlichen Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung im Halbleiterbauteil 10 (Fig. 1) ist wegen dessen relativen Größenabmessungen unmöglich« Wenn ein Hochfrequenz-Hochleistungstransistor auf einen Betrieb in einem Frequenzbereich von 200 bis 400 MHz mit einer aiittleren Frequenz von 300 MHz ausgelegt werden soll, würde eine Viertelwell enlSngen—Übertragungsleitung bei der mittleren Frequenz etwa 25 Zentimeter lang sein.
In Fig· 3b ist eine konstante Ersatzschaltung für eine tatsächliche Viertelwellenlängen-Übertragungslinie nach Fig. 3a gezeigt, wobei die Schaltung als Ganzes mit dem Bezugszeichen 44· bezeichnet ist, da sie beispielsweise die Übertragungsleitung 44 in Fig. 3a ersetzen soll. Da die Eingangsimpedanz der Viertelwellen-Übertragungsleitung und ihre Abschlußimpedanz für einen speziellen Anwendungsfall als bekannte Werte angesehen werden können, gibt Gleichung (5) die Beziehung, aus welcher die charakteristische Impedanz der Viertelwellen-Übertragungsleitung bestimmt werden kann- Die Eingangsimpedanz der übertragungsleitung ist von bekannter Größe, da die Eingangsimpedanz des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils so gewählt ist, daß ein brauchbarer Wert, z.B» 7 SS vorliegt« Deshalb ist die Eingangsimpedanz (Z. ) jeder parallelen Übertragungsleitung bestimmt durch die dem Fachmann bekannten Prin-
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zipien. Die Abschlußimpedanz (Z,) ist durch die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Transistorelemente gegeben.
Wenn der Absolutwert des Blindwiderstands einer Induktivität 47, einerInduktivität 48 und einarKapazität 49 (Fig. 3b) bei einer vorgegebenen Frequenz innerhalb der Betriebsbandbreite des Bauteils einander gleich sind, wird die Impedanz der in Fig. 3 gezeigten Schaltung gleich der charakteristischen Impedanz der Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung· Im folgenden wird noch einmal auf Fig„ 1 Bezug genommen. Die Induktivität 47 wird von der Basis-Anschlußleitung 14 gebildet, der Kondensator 13 ist der Kapazität 49 äquivalent,und die Anschlußleitung 16 bildet die Induktivität 48. Bei Ausführung der Anschlußleitungen 14 und 16 in gleicher Länge sind deren Induktivitäten gleich. Da die charakteristische Impedanz der simulierten Viertelwellenlängen-Übertragungslinie bekannt ist, kann die Größe des Kondensators 13 gewählt werden.
Die Eingangsbandbreite des Bauteils ist umgekehrt proportional der Eingangsinduktivität des Transistorelements. Wie in Fig. 3b gezeigt ist, ist die Eingangsinduktivität des Transistorelement 11 des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils 10 durch die Induktivität 48 gegeben, wobei deren Wert erheblich geringer wird, als der in den Anschlußleitungen der bekannten Halbleiterbauteile· Durch Verringerung der Induktivität der Anschlußleitung wird eine erhebliche Verbreiterung der Eingangsbandbreite erzielt, d.h. diese wird etwa verdoppelt.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils ist in Fig. 4 dargestellt, in welcher eine Draufsicht auf den in seiner Gesamtheit mit 55 bezeichneten Halbleiterbauteil gezeigt ist. Ein Mehrzellentransistor 56 ist auf einer metallisierten Fläche 57 angeordnet und befestigt, der Mehrzellentransistor 56 hat einen in einem einzigen Körper aus Halbleitermaterial gebildeten Aufbau, wobei die Masse
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des Halbleitermaterials einen gemeinsamen Kollektor darstellt, während die übrigen Elektroden jedes Transistors vorzugsweise in die obere Oberfläche,des Halbleiterkörpers eindiffunidert sind, so daß einzelne Transistorelemente oder Transistorzellen 58 gebildet werden. Die Anzahl der bei der Herstellung des Mehrzellentransistors 56 verwendeten Zellen 58 wird in Übereinstimmung mit der geforderten Gesamtausgangsleistung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils 55 gewählt» Die Verwendung der in Fig. 4 gezeigten fünf Zellen 58 ist deshalb nur als Beispiel anzusehen, welches für Zwecke der Erläuterung gewählt wurde.
In den Fig« 5a und 5b ist der typische Aufbau eines Mehrzellentransistors 56 zu erkennen» Der Mehrzellentransistor 56 ist aus einer Halbleiterscheibe 58' hergestellt, die vorzugsweise aus η-leitendem Silizium besteht. Eine Vielzahl von p-leitenden Oberflächengebieten 59 werden in die Oberseite der Scheibe 58* eindiffundiert, wobei an den Zwischenflächen zwischen den p-leitenden Gebieten 59 und der Scheibe 58* jeweils ein pn-übergang gebildet wird. In jedes p-leitende Oberflächengebiet 59 wird ein η-leitendes Oberflächengebiet 60 eindiffundiert, wobei die Oberflächengebiete 60 inselartige Gebiete sind, die von den p-leitenden Gebieten 59 vollkommen umgeben sind. Die Diffussionstiefe der Oberflächengebiete 60 ist nicht so tief wie die der Oberflächengebiete 59, wie in Pig· 5b gezeigt ist, wodurch die Oberflächengebiete 60 vollständig innerhalb der Oberflächengebiete 59 liegen· Die Zwischenfläche zwischen den Gebieten 59 und 60 bildet einen pnübergang. Jedes p-leitende Gebiet 59 bildet eine Basiselektrode und jedes Oberflächengebiet 60 eine Emitterelektrode der Zelle 58. Die Oberflächengebiete 59 und 60 sind vorzugsweise in die Halbleiterscheibe 58· eindiffundiert, jedoch kann der Aufbau der Gebiete auch nach anderen bekannten Verfahren, z.B. durch epitaktisches Aufwachsen, erfolgen. Nach einem geeigneten photochemischen Verfahren werden Basisanschlüsse 61 auf den Basisgebieten 59 und Emitteranschlüsse
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auf den Emittergebieten 60 erzeugt und fest mit ihnen verbunden. Die Basisanschlüsse 61 und die Emitteranschlüsse 62 werden mittels bekannter Verfahren, z,B. durch Vakuumaufdampfung, auf der Halbleiteroberfläche aufgebracht, wobei übliche Kontaktmetalle, beispielsweise Gold, verwendet werden. Die Basisanschlüsse 61 und die Emitteranschlüsse 62 werden vorzugsweise in kammartig ineinandergreifender Form ausgebildet, jedoch kann auch jede andere geeignete Konfiguration verwendet werden»
Aus Fig. 4 geht hervor, daß die Zellen 58 des Mehrzellentransistors 56 mit dem übrigen erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil 55 in einer Ausgestaltung mit gemeinsamem Emitter verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß eine Ausgestaltung mit gemeinsamer Basis ebenfalls hergestellt werden kann,und daß die gezeigte Ausgestaltung nur aus ErIauterungszwecken gewählt ist. Metallisierte Flächen 63 und 57 sind auf einem wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Halterungsbauteil 66 fest angeordnet-Der Halterungsbauteil 66 wird zwar vorzugsweise aus einem wärmeleitenden keramischen Material hergestellt, kann jedoch auch aus geeigneten anderen Stoffen hergestellt werden· Wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bereits erwähnt wurdeι wird der Halterungsbauteil 66 vorzugsweise aus Berylliumoxid hergestellt.
Die metallisierte Fläche 63 ist auf dem keramischen Halterungsbauteil 66 mit Abstand von der metallisierten Fläche 57 angeordnet, wobei an gegenüberliegenden Seiten der metallisierten Flächen 63 und 57 in symmetrischer Anordnung eine metallisierte Fläche 64 liegt, die einen integralen metallisierten Abschnitt 67 im Zwischenraum zwischen den metallisierten Schichten 63 und 57 aufweist, so daß die Fläche 64 Η-Form hat. Die metallisierte Fläche 64 ist zwar vorzugsweise zu einer integralen Einheit verbunden, jedoch ist ersichtlich, daß die auf gegenüberliegenden Seiten der metallisierten Flächen 63 und 57 liegenden Abschnitte der metallisierten Fläche 64 durch Aus-
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sparung des metallisierten Abschnitts 67 auch elektrisch isoliert werden können, da die doppelten Emitteranschlüsse üblicherweise außerhalb des Bauteils miteinander verbunden werden. Die metallisierten Flächen 57, 63 und 64 sind aus bekannten Kontaktmetallen, beispielsweise Gold hergestellt.
Der Mehrzeilentransistor 56 ist auf die metallisierte Fläche
57 aufgesetzt, wobei sein Körper in elektrischem Kontakt mit der Fläche 57 steht. Da der Körper des Mehrzellentransistors 56 das gemeinsame Kollektorgebiet darstellt, hat die metallisierte Fläche 57 elektrischen Anschluß am Kellektorgebiet des Mehrzellentransistors 56« Die Basisanschlüsse 61 der Zellen
58 sind jeweils an eine Elektrode 69 einer Kondensatoranordnung 70 angeschlossen. In Fig. 6 ist eine als MOS-Kondensator (Metalloxid-Halbleiter-Kondensator) ausgebildete Kondensatoranordnung 70 gezeigt, die auf einer gemeinsamen Siliziumunterlage 71 aufgebaut ist. Die Siliziumunterlage 71 ist üblicherweise so hoch dotiert, daß sie n+-leitend ist, und die zweite und gemeinsame Elektrode für sämtliche Kondensatoren der Kondensatoranordnung 70 bildet. Zwischen der Siliziumunterlage und den Metallelektroden 69 sind Siiiziumdioxidabschnitte 72 eingefügt, wobei die metallischen Elektroden 69 üblicherweise aus Aluminium hergestellt sind. Im erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil 55 werden für die Kondensatoranordnung 70 vorzugsweise MOS-Kondensatoren verwendet, jedoch können auch keramische Kondensatorscheiben, Dünnschichtkondensatoren und Kondensatoren aus anderen geeigneten Materialien verwendet werden. Auf der Siliziuraunterlage 71 liegen Metallschichten, über die ein Anschluß an der gemeinsamen Elektrode erfolgen kann, und die zum Anschluß der Emitter-Anschlußleitungen dienen.
Aus Fig. 4 geht hervor, daß die Siliziumunterlage 71 fest auf dem metallisierten Abschnitt 67 der metallisierten Fläche 64 angeordnet ist. Wie erwähnt, sind die Basisanschlüsse 61 über die Basisanschlußleitungen 73 mit den Elektroden 69 der Kondensatoranordnung 70 verbunden. Die Elektroden 69 sind über
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Anschlußleitungen 74 mit einem gemeinsamen Punkt auf der metallisierten Plächa 63 verbunden« Die Länge der Anschlußleitungen 14 ist gleich der Länge der Basis-Anschlußleitungen Über Anschlußleitungen 75 sind die Emitteranschlüsse 62 mit der die gemeinsame Elektrode bildenden unterlage 71 der Kondensatüranordnung 70 und damit der metallisierten Fläche 64 verbunden« Zur Bildung eines Basisanschlusses für den erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil 55 ist eine Basis-Anschlußfahne 76 an die metallisierte Fläche 63 angeschlossen. An gegenüberliegenden Abschnitten der metallisierten Fläche 64 sind zur Schaffung von Anschlüssen am Emitter des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils 55 Emitter-Anschlußfahnen 77 angeschlossen. Mit der metallisierten Fläche 57 ist zur Bildung des Anschlusses am Kollektor des Halbleiterbauteils 55 eine Kollektor-Anschlußfahne 79 verbunden. Die symmetrisch angeordneten Emitter-Anschlußfahnen 77 und 78 werden wegen der so erhaltenen thermischen und elektrischen Stabilität &war bevorzugt, jedoch ist ersichtlich, daß auch ein einziger Emitteranschluß realisiert werden kann.
Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung macht ebenfalls von den in Verbindung mit der. Fig. 3a und 3b beschriebenen Prinzipien Gebrauche Durch Anschluß des Basiseingangs an den Mehrzellentransistor 56 in der in Fig. 4 gezeigten Weise wird effektiv eine Viertelwellen-Übertragungsleitung zwischen den Basiseingang des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils 55 und jede Zelle 58 gelegt«. Die Art und Weise, in welcher der Anschluß erfolgt, wird durch die Gleichung (5) bestimmt. Da die Eingangsimpedanz zum Halbleiterbauteil 55 auf eine brauchbare Größe eingestellt werden muß, z.Boauf 7iZ und da die Abschlußimpedanz jeder Übertragungsleistung die Eingangsimpedanz jeder Zeile 58 darstellt, ist die charakteristische Impedanz Z der Übertragungsleitungen definiert. Unter Bezugnahme auf Figo 3b ist darauf hinzuweisen, daß die Kapazität 49 so abgestimmt ist, daß sie bei einer Frequenz
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innerhalb der Betriebsbandbreite des Bauteils in Resonanz mit der Leitungsinduktivität 47 steht· Da die charakteristische Impedanz der Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung bekannt ist, sind der Blindwiderstand der Induktivität 47 und 48 und der Kapazität 49 gleich. Wenn der erfindungsgemäße Halbleiterbauteil 45 bei Frequenzen von etwa 200 bis 425 MHz betrieben werden soll, liegen die Basis-Anschlußleitungen 73 üblicherweise in einem Bereich von etwa 1,78 Millimeter bis 2,54 Millimeter· Bei Mikrowellenfrequenzen verringert sich die Länge der Basisanschlußleitungen 73 auf etwa 1,02 Millimeter. Wie oben erwähnt, sind die Anschlußleitungen 74 in ihrer Länge gleich den Basis-Anschlußleitungen 73 und haben deshalb dieselbe Induktivität. Die durch die Anschlußleitungen der beschriebenen Längen gegebenen Induktivitäten entsprechen der für die Viertelwellenlängen-Übertragungsleitungen erforderlichen charakteristischen Impedanz· Die Verwendung von Anschlußleitungen 73 und 74 und einer inneren Kondensatoranordnung 70 zur Entwicklung einer wirksamen Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung führt zu erheblichen Verbesserungen der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils 55.
Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung eliminiert eine Ursache von elektrischer und thermischer Instabilität, da es durch die in Gleichung (5) gegebenen Zusammenhänge geregelt wird. Die Eingangsimpedanz (Zjn) jeder Übertragungsleitung ist umgekehrt proportional zum Basiswiderstand jeder Zelle 58 des Mehrzellentransistors 56. Wenn der Basiswiderstand einer Zelle 58 in der Höhe verringert wird, steigt, ohne daß hieraus eine erhöhte Steuerleistung an der defekten Zelle 58 auftritt, die Eingangsimpedanz ίζ^ηΚ wodurch die Leistung dieser Zelle geregelt wird. Durch die Schaffung einer solchen Selbstregelung wird eine Ursache einer bestimmten feh lerhaften Arbeitsweise eliminiert·
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In den Fig. 7 und 8 sind für ein erfindungsgemäß aufgebautes Halbleiterbauteil typische elektrische Eigenschaften gezeigt. So zeigt zunächst Fly. 7 ein E aar von Kurvenzügen, bei denen der Reihen-Eingangsblindv/iderstand in Abhängigkeit von der Frequenz und der Re3.he\i-£ingangswiderstand in Abhängigkeit von der Frequenz verglichen sind- Zu Erläuterungszwecken sind die Charakteristiken eines Halbleiterbauteils gezeigt, welches für einen Betrieb über einen Frequenzbereich von etwa 225 bis 425 MHz bestimmt ist. Es ist zu erkennen, daß bei einer Frequenz von etwa 412 MHz die Eingangsimpedanz des Halbleiterbauteils rein ohmisch ist, und daß alle Blindkomponenten durch die schematisch in den Fig. 3a und 3b gezeigte Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung durch Resonanz unterdrückt sind.
Die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung über den Betriebsfrequenzbereich beizubehalten ist am besten aus Fig. 8 ersichtlich, in welcher typische Kurven aufgetragen sind, die einen Vergleich der Abhängigkeit von Rückdämpfung und Frequenz und der Abhängigkeit von Verstärkungsleistung und Frequenz geben. Es ist ein bekanntes Prinzip, daß bei Verdoppelung der einem Transistor zugeführten Frequenz (einem Anstieg um eine Oktave) ein Abfall der Verstärkung von 6db die Folge ist. Die Eingangsimpedanz des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils ist, wie am besten aus Fig· 7 hervorgeht, so abgestimmt, daß sie bei der im wesentlichen höchsten Frequenz innerhalb der Betriebsbandbreite des Bauteils ohmisch (kein Blindwiderstand) ist. Bei niedrigeren Frequenzen innerhalb der Betriebsbandbreite ist die Eingangsimpedanz nicht rein ohmisch, so daß komplexe Komponenten auftreten, die zu Reflexion eines Teils der dem Bauteil zugeführten Eingangsleistung führt. Wenn eine Reflexion eines Teils des Eingangssignales auftritt, kann nicht die gesamte zur Verfugung stehende Leistung zur Steuerung des Transistors verwendet werden. Durch geeignete Wahl der charakteristischen Impedanz der Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung (Fig. 3a und Fig. 3b), kann die Änderung der Rückflußdampfunq über die Bandbreite des Bauteils die Änderung der
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Verstärkungsleistung über diese Bandbreite wirksam unterdrükken. Daraus folgt, daß die zur Verfügung stehende Ausgangsleistung über den gesamten Frequenzbereich im wesentlich konstant bleibt· Die Berechnung der angenäherten Rückflußdampfung kann unter Anwendung der bekannten Leitungsthecrie erfolgen. Das Stehwellenverhältnis der Übertragungsleitung ist so, daß die Größe dor Leitungsdämpfung gemessen in db gleich und entgegengesets'.t der Größe der Verstärkung des Halbleiterbauteils gemessen in db ist«, Die Abstimmung der Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung am Ende des Frequenzbandes mit höherer Frequenz hat, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, eine mit steigender Frequenz fallende Rücl·: flußdämpfung und eine mit steigender Frequenz zunehmende Verstärkungsleistung zur Folge, wodurch ein Halbleiterbauteil gegeben ist, welches über die volle Betriebsbandbreite im wesentlichen konstante Ausgangscharakteristik hat.
Mit dem erfindungsgemäßen Hochleistungshalbleiterbauteil für hohe Frequenzen wird ein Bauteil zur Verfügung gestellt, welches eine verbesserte Ausgangsleistungscharakteristik, vergrößerte Bandbreite und verbesserte Eingangsimpedanzgröße hat, die zur Verfügung stehende Ausgangsleistung über den Betriebsfrequenzbereich stabilisiert und eine Eingangsimpedanz hat, die bei einer Frequenz innerhalb der Betriebsbandbreite rein ohmisch ist. Darüber hinaus ist beim erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil eine wesentliche Ursache für fehlerhaftes Arbeiten ausgeschlossen, indem eine Ursache für elektrische Unstabilität und thermisches Durchgehen eliminiert ist»
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Claims (18)

  1. - 24 Patentansprüche
    Elektrisches Halbleiterbauteil, bei dem zur Erhöhung der Leistung mehrere Transistorelemente zusammengeschaltet sind, gekennzeichnet durch einen metallisierten, wärmeleitenden, elektrisch isolierten Halterungsbauteil (22;66) mit einer mit Abstand voneinander auf ihm angeordneten ersten, zweiten und dritten metallisierten Fläche (12, 17, 15; 57, 64, 63), von denen die zweite metallisierte Fläche (17; 64) einen zwischen der ersten und der dritten metallisierten Fläche (12, 15; 57, 63) liegenden Abschnitt aufweist; eine Mehrzahl von Transistorelementen (11; 58) mit drei zusammenwirkenden aktiven Gebieten (34, 30, 31), von denen ein erstes aktives Gebiet auf der ersten metallisierten Fläche (12; 57) befestigt ist und mit ihr in elektrischem Kontakt steht; eine Mehrzahl von Kondensatorelementen (13, 70) mit je zwei Elektroden, von denen die erste Elektrode auf dem zwischen der ersten und der dritten metallisierten Fläche (12, 15; 57, 63) liegenden Abschnitt der zweiten metallisierten Fläche (17; 64) in enger Anlage befestigt ist; erste Anschlußeinrichtungen (z.B. 14; z.B. 73) zum Verbinden des zweiten aktiven Gebietes jedes Transistorelementes (11; 58) mit der zweiten Elektrode des zugehörigen Kondensatorelements (13; 70); zweite Anschlußeinrichtungen (z.B. 16; z.B. 74) zum Verbinden der zweiten Elektrode der Kondensatorelemente (13; 70) mit der dritten metallisierten Fläche; und durch dritte Anschlußeinrichtungen (z.B. 18; z.B. 75) zum Verbinden des dritten aktiven Gebiets der Transistorelemente (11; 58) mit der zweiten metallisierten Fläche (17; 64).
  2. 2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Gebiete der Transistorelemente (11, 58) ein Kollektor- (34), ein Basis- (30) und ein Emittergebiet (31) sind.
  3. 3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterbauteil (10); 55) einen Aufbau mit gemeinsamem Emitter hat, daß die ersten Anschlußeinrichtungen An-
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    Schlußleitungen (14; 73) sind, deren eines Ende am Basisgebiet (30; 59) angeschlossen ist, und daß die dritten Anschlußeinrichtungen Anschlußleitungen (18; 75) sind, deren eines Ende am Emittergebiet (31) angeschlossen ist·
  4. 4· Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorelemente Einzelzellen (58) eines Mehrzellentransistors (56) sind,
  5. 5« Halbleiterbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrzellentransistor (56) ein npn-Siliziumtransistor ist,
  6. 6. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente (13, 70) MOS-Kondensatoren mit gemeinsamer, auf einer Siliziumscheibe hergestellter zweiter Elektrode sind.
  7. 7. Hochleistungshalbleiterbauteil für hohe Frequenzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallisierte Halterungsbauteil (22; 66) aus keramischem Material hergestellt ist; daß die Kondensatorelemente (13; 70) in elektrischem Kontakt auf der zweiten metallisierten Fläche befestigt sind; und daß die ersten und zweiten Anschlußeinrichtungen (14, 16; 73, 74) einen induktiven Blindwiderstand haben, der durch
    *L «V^inV
    gegeben ist, worin Z. die Eingangsimpedanz der zweiten Anschlußeinrichtung und Z, die Eingangsimpedanz der Transistorelemente ist.
  8. 8. Halbleiterbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente (13, 70) MOS-Kondensatoren mit gemeinsamer auf einer einzigen Siliziumscheibe hergestellter erster Elektrode sind·
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  9. 9. Halbleiterbauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Anschlußeinrichtungen als Anschlußleitungen (14, 16; 73, 74) von im wesentlichen gleicher Länge ausgebildet sind.
  10. 10. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorelemente (58) Teil eines Mehrzellentransistors (56) mit gemeinsamem Kollektorgebiet sind, welches auf der ersten metallisierten Fläche (57) befestigt ist·
  11. 11· Halbleiterbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrzellentransistor (56) aus η-leitendem Silizium hergestellt ist.
  12. 12· Halbleiterbauteil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Anschlußleitungen (73) an den Basisgebieten (59) der Transistorelemente (58) des Mehrzellentransistors (56) angeschlossen sind, und daß der Halbleiterbauteil einen Aufbau mit gemeinsamem Emitter hat.
  13. 13. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische, metallisierte HaIbterungsbauteil (66) aus Berylliumoxid hergestellt ist.
  14. 14· Hochleistungshalbleiterbauteil für hohe Frequenzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallisierte Halterungsbauteil (66) aus keramischem Material hergestellt ist und wenigstens eine Oberfläche aufweist, auf welcher eine erste, zweite und dritte metallisierte Fläche (57, 64, 63) liegen, wobei die erste und dritte metallisierte Fläche (57, 63) sich von gegenüberliegenden Seiten aus vom Rand der Oberfläche nach innen erstrecken, während die zweite metallisierte Fläche (64) symmetrisch zu und mit Abstand von der ersten und dritten metallisierten Fläche angeordnet ist; daß die Mehrzahl der Transistorelemente die Zellen (58) eines Mehrzellentransistors (56) mit gemeinsamem Kollektorgebiet und
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    getrenntenj zusammenwirkenden Basis- (59) und Emittergebieten (60) bilden, wobei das gemeinsame Kollektorgebiet in inniger Anlage auf einem Abschnitt der ersten metallisierten Fläche (57) befestigt ist; daß die ersten Anschlußeinrichtungen (ζ·Β«
    73) die Basisgebiete (59) der Zellen (58) des Mehrzellentransistors (56) mit den zweiten Elektroden der zugehcügen Kondensatorelemente (70) und die zweiten Anschlußeinrichtungen (ζ·Β·
    74) die zweiten Elektroden der Kondensatorelemente (70) mit der dritten metallisierten Fläche (63) verbinden, wobei die ersten und zweiten Anschlußeinrichtungen (73,74) einen induktiven Blindwiderstand haben, der durch
    XL
    gegeben ist, worin Z^n die Eingangsimpedanz der zweiten Anschlußeinrichtung und Z. die Eingangsimpedanz der Transistorelemente ist; und daß die dritten Anschlußeinrichtunqei (ζ·Β· 75) die Emittergebiete (60) der Zellen (58) des Mehrzellentransistors (56) mit der zweiten metallisierten Fläche (64) verbinden.
  15. 15. Halbleiterbauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrzellentransistor (56) aus η-leitendem Silizium hergestellt ist..
  16. 16« Halbleiterbauteil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente (70) MOS-Kondensatoren mit gemeinsamer auf einem gemeinsamen Abschnitt einer einzigen Siliziumscheibe hergestellter erster Elektrode sind.
  17. 17· Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der keraanieche Halterungsbauteil (66) aus Berylliumoxid hergestellt ist·
    2Q9843/0S9S
  18. 18. Halbleiterbautell nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Anschlußeinrichtungen Anschlußleitungen (73, 74) von im wesentlichen gleicher Länge sind.
    19· Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite metallisierte Fläche (64) im wesentlichen H-förmig mit einem ersten und zweiten, mit seitlichem Abstand von der ersten und dritten metallisierten Fläche (57, 63) angeordneten Abschnitt ausgebildet ist, die durch einen dritten, mit Abstand zwischen der ersten und der dritten metallisierten Fläche (57, 63) verlaufenden Abschnitt (67) verbunden sind·
    20· Halbleiterbauteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert des kapazitiven Blindwiderstands jedes Kondensatorelements (70) gleich dem Absolutwert des induktiven Blindwiderstands der ersten und zweiten Anschlußleitung (73, 74) ist.
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