DE2644448C2

DE2644448C2 - Mikrowellenoszillator mit einer zentral angeordneten Halbleiterdiode und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2644448C2
Application number: DE2644448A
Authority: DE
Inventors: Gerard Gif-sur-Yvette Cachier
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-10-02
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1984-07-19
Also published as: FR2346854A1; JPS5926122B2; FR2346854B1; US4126932A; GB1563115A; DE2644448A1; JPS5244544A

Description

gekennzeichnetdurch folgende Merkmale:

a) die Halbleiterdiode (11) ist in Mesatechnik ausgebildet;

b) das dielektrische Substrat ist aus zwei aufeinandergefügten Schichten (30,50) gebildet;

c) die erste Schicht (30) weist eine Dicke auf, die gleich der Höhe der Halbleiterdiode (11) ist;

d) die zweite Schicht (50) ist aus einer Isoliermaterialplatte gebildet, die in der Mitte eine öffnung aufweist;

e) die metallische Elektrr-Je (60) erstreckt sich durch die öffnung der zweiten Schicht (50) hindurch bis zu der Halbleiterdiode (11).

2. Verfahren zur gemeinsamen Herstellung von Mikrowellenoszillatoren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Bilden einer großen Anzahl von Halbleiterdioden durch Mesaätzung einer Halbleiterscheibe, die ein Substrat und verschiedene Epitaxialschichten aufweist,

b) Füllen der Zwischenräume zwischen den in dem Schritt a) gebildeten Halbleiterdioden mit einem Isoliermaterial und anschließendes Aufbringen von Elektroden an den Halbleiterdioden,

c) Auftragen eines Isoliermaterials zur Bildung des Dielektrikums des Wellenleiters.

d) Auftragen einer Metallisierung zur Ausdehnung jeder Elektrode um jede Halbleiterdiodenstruktur herum, und

e) Schleifen des Substrats und Auftragen von Metall zur Bildung des metallischen Sockels jedes Mikrowellenoszillators.

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellensozillator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Aus der GB-PS 13 33 447 ist ein Mikrowellenoszillator bekannt, der in einem Gehäuse eine zentral angeordnete Halbleiterdiode aufweist Die Halbleiterdiode ist in das zentrale Loch einer dielektrischen Scheibe eingesetzt und weist an ihren einander gegenüberliegenden Enden jeweils einen Elektrodenkontakt auf. Eine der Flächen der dielektrischen Scheibe ist mit einer Metallisierung versehen, während die gegenüberliegende Fläche einen Metallring trägt Auf diese Weise ist zwischen der Metallisierung der dielektrischen Scheibe und dem darüber angeordneten Metallring ein Wellenleiter gebildet, der unmittelbar bis an die Halbleiterdiode heranführt. Eine Mikrostrip-Bandleitung dringt in die dielektrische Scheibe ein und reicht ungefähr bis an den Außenrand des Metallringes heran, wobei sein freies Ende etwa in der Mitte der dielektrischen Scheibe zwischen dem Metallring und der Metallisierung angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein kapazitiver Kopplungsring zwischen dem Wellenleiter und der an diesen herangeführten Bandleitung gebildet

Ein solcher Mikrowellenoszillator besteht aus einer Anzahl verschiedener Bauteile, die mit großer mechanischer Präzision hergestellt werden müssen. Die Herstellung des bekannten Mikrowellenoszillators unter Anwendung der Feinmechanik ist daher aufwendig. Eine rationelle Massenherstellung ist nicht möglich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Mikrowellenoszillaior der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß seine Herstellung wesentlich vereinfacht und eine rationelle Massenfertigung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Mikrowellenoszillator benötigt zu seiner Herstellung keine Anwendung von feinmechanischen Fertigungsmethoden. Vielmehr läßt er sich auf rationelle Weise unter Anwendung der gut beherrschbaren Mesatechnologie als Massenartikel herstellen.

Ein vorteilhaftes erfindungsgemäßes Verfahren zur Sammelherstellung von erfindungsgemäßen Mikrowellenoszillatoren ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen die

F i g. 1 bis 8 verschiedene Schritte oder Teilschritte eines Beispiels des Verfahrens zur Herstellung eines Mikrowellenoszillators und die

F i g. 9 und 10 zwei verschiedene Ausführungsformen des Mikrowellenoszillators.

In F i g. 1 ist teilweise im Schnitt eine Halbleiterscheibe 10 dargestellt, beispielsweise aus Silicium, an der verschiedene Behandlungen vorgenommen worden sind, so daß sie am Beginn des Verfahrens nach der Erfindung enthält:

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe so zerschnitten wird, daß getrennte Mikrowellenoszillator-Strukturen erhalten werden.

bo - ein N ⁺ -dotiertes Substrat 1, auf welchem, beispielsweise mittels aufeinanderfolgender Epitaxien, gebildet worden sind:

- eine N-dotierte Siliciumschicht 2;

to — eine P-dotiertc Siliciumschicht 3; und

— cine P · -dotierte Siliciumschicht 4.

Die Erfindung gestattet die Sammclherstclliing von

ϊ ³ ■

ρ zahlreichen Mikrowellcnoszillaioren, die beispielsweise

β Avalanchedioden enthalten. _ einen metallischen Sockel 90, der viel breiter ist als

p In F i g. 2 ist ein Bruchteil der Scheibe am Ende des die Diode

|3 ersten Verfahrensschrittes perspektivisch dargestellt. - eine metallische Elektrode 60. die viel breiter ist als

|f Durch ein bekanntes Verfahren der Maskierung mit an- 5 die Elektrode 31,

Il schließender chemischer Einwirkung sind Mesaplateaus - einen radialen Wellenleiter, dessen metallische

H oder Tafelberge 11 hergestellt worden. Die Zeichnung Wände durch den Socke¹, und die verbreiterte Elek-

g verdeutlicht, daß die chemische Einwirkung sämtliche trode gebildet sind, wobei das Ausbreitungsmedi-

§| Schichten und einen Teil des Substrats angegriffen hat um in der Mehrheit das Dielektrikum der Platte

^l Der obere Teil jedes Tafelberges ist beispielsweise ein :o enthält.

J| Kreis mit einem Durchmesser von 50 μπι. Der Abstand

ff zwischen zwei benachbarten Tafelbergen ist viel größer Der Durchmesser des Mikrowellenoszillators liegt [j| als der Durchmesser jedes Tafelberges und liegt in der beispielsweise in der Größenordnung einer Wellenlänge Größenordnung (oder beträgt als Minimum ein Drittel) ge der elektromagnetischen Welle, gemessen in dem i| der Wellenlänge in Luft (5 mm für 60 G Hz). 15 Dielektrikum der Platte, also in der Größenordnung von js Die F i g. 3 und 4, die in Teilschnitten der Scheibe 10 2.5 bis 3 mm in dem Fall von Quarzglas und in der Groll nur einen einzelnen Tafelberg 11 zeigen, entsprechen ßenordnung von 1,7 bis 2 mm in dem Fall von Silicium ig zwei Teilschritten des zweiten Schrittes des Verfahrens. bei einer Welle, deren Wellenlänge in Luft 5 mm (Fre- || Durch das Auffüllen mit dem Isoliermaterial 30 wird quenz von 60 GHz) beträgt.

fi wieder die Planeinheit der Scheibe 10 hergestellt. Diese 20 In einer Variante »mit doppelkonischer Leitung«, die

K Auffüllung kann eine beträchtliche Dicke haben, näm- in Fig. 10 dargestellt ist, sind zwei Hc-jer aus festem

p Hch eine Dicke von mehreren zehn Mikrometern, infoi- Dielektrikum beiderseits der Diode angeordnet und er-

ge dessen müssen Vorkehrungen getroffen weruen, um setzen die Platte 50. Eine solche Diode gestattet eine

g? die Warmsprödigkeit der Anordnung zu vermeiden. Abstrahlung in zwei entgegengesetzten Richtungen.

Man benutzt zu diesem Zweck beispielsweise ein für 25 Der obere Teil des Sockels 90 ist rechteckig.

|| diesen Gebrauch bekanntes Glas, das sich in Form von

'% sehr kleinen Kugeln darstellt. Man kann auch ein Poly- Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

ϊΐ imidharz verwenden. ■

Eine in F i g. 4 dargestellte Metallisierung 31 bildet die Elektrode der einzelnen Diode. Es handelt sich beispielsweise um eine Ablagerung von Chrom und Gold, die durch Aufdampfung und Kondensation in einem bekannten Gerät gebildet wird.

Der dritte Schritt, dessen Ergebnis in F i g. 5 in Form eines Teilschnittes der Scheibe dargestellt ist, und zwar unter Beschränkung auf eine einzelne Diode, führt zur Bildung eines radialen Wellenleiters. Zu diesem Zweck ordnet man um die Elektrode 31 herum ein Isoliermaterial 50 mit einer gewissen Dicke an (Glas oder reines Silicium mit hohem spezifischem Widerstand). Da man nicht das gleiche Verfahren wie bei der Schicht 30 anwenden kann, weil man das bis zu Zwanzig- oder Dreißigfache der Dicke dieser Schicht erreichen möchte, wird vorzugsweise, beispielsweise mit Hilfe eines polymerisierbaren Harzes, eine Platte 50 aus Quarzglas oder aus reinem Silicium aufgeklebt. Diese Platte ist zuvor mit Löchern 51 versehen worden, die mechanisch hergestellt worden sind, beispielsweise durch Sandstrahlen oder durch chemische Einwirkung, um Zugang zu der Elektrode 31 zu schaffen.

Im Verlauf der folgenden Schritte wird eine dicke Metallisierung 60, beispielsweise aus reinem Gold, so aufgebracht, daß die gesamte freie Oberfläche auf der von dem Substrat abgewandten Seite bedeckt wird (F i g. 6). Dann wird das Substrat so geschliffen, daß das Isoliermaterial hervortritt (F i g. 7), wodurch eine leichte Vertiefung 70 geschaffen wird, die die Basis des Tafelberges markiert. Schließlich wird diese Fläche mit einer dicken Metallisierung 80 analog der Metallisierung 60 der anderen Fläche der Scheibe überzogen (Fig. 8). Schließlich wird die gesamte Anordnung auf einen metallischen Sockel 90 gelötet.

Nach dem Zertrennen der Scheibe erhält man eine Vielzahl gleicher Mikrowellenoszillatoren, von denen einer in F i g. 9 dargestellt ist. Er bildet eine integrierte bo Schaltung, die einen Mikrowellengenerator (die eigentliche Diode) enthält, welche in eine Anordnung eingebettet ist. die enthält:

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrowellenoszillator mit einer zentral angeordneten Halbleiterdiode, wobei

— die Halbleiterdiode einen metallischen Sockel und eine metallische Elektrode aufweist,

— die metallische Elektrode sich ausgehend vom Zentrum des Mikrowellenoszillators in radialer Richtung zu einem ein dielektrisches Substrat aufweisenden Wellenleiter erstreckt,

— der metallische Sockel und die Elektrode vom Zentrum des Mikrowellenoszillators ausgehend in radialer Richtung verlängert sind,

— das dielektrische Substrat vom Außenrand des Mikrowellenoszillators ausgehend bis unmittelbar an die Halbleiterdiode herangeführt ist und

— das dielektrische Substrat mit dem metallischen Sockel und der das dielektrische Substrat bededc^nden metallischen Elektrode den Weilenleiter bildet,