DE4431071A1 - Resonatoranordnung - Google Patents
ResonatoranordnungInfo
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
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- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
- H01P7/10—Dielectric resonators
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- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/10—Resonant slot antennas
- H01Q13/18—Resonant slot antennas the slot being backed by, or formed in boundary wall of, a resonant cavity ; Open cavity antennas
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Description
Die Erfindung betrifft eine Resonatoranordnung. Eine der
artige Resonatoranordnung dient zur Erzeugung und Detek
tion und in Verbindung mit einem Strahlerelement zur Ab
strahlung und zum Empfang elektromagnetischer Wellen, ins
besondere im Millimeterwellen-Bereich.
Resonatoranordnungen sind insbesondere als Hohlraumresona
toren, dielektrische Resonatoren, Streifenleitungsresona
toren und Schlitzresonatoren gebräuchlich. Zur Stabilisie
rung der Resonanzfreguenz ist es bekannt, einen Oszillator
an einen Resonanzraum (cavity) anzukoppeln, siehe z. B.
IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol. AP-15, pp.
119-126, 1963 oder IEEE Trans. on Microwave Theory and
Technigues, Vol. MTT-33, pp. 1603-1610, 1985. Als Strahler
elemente kommen insbesondere Aperturstrahler wie z. B.
Schlitzantennen in Betracht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorteil
hafte Resonatoranordnung, insbesondere für den Millimeter
wellen-Bereich anzugeben.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un
teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Resonatoranordnung vereint in sich
eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften.
Der aus Halbleitermaterial bestehende Resonatorkörper er
möglicht die monolithische Integration eines aktiven Bau
elements. Hierdurch ist auch eine sehr effektive Ankopp
lung des aktiven Bauelements an den Resonator ohne Zulei
tungen gegeben. Durch die monolithische Integration des
Bauelements mit dem Resonatorkörper ergibt sich auch ein
sehr geringer Flächenbedarf. Dies tritt noch in verstärk
tem Maße ein durch Integration eines Strahlerelements als
Struktur in der Metallisierung des Resonatorkörpers, ins
besondere als Schlitzstrahler.
Das Halbleitermaterial ist für den Einsatz als Resonator
körper hochohmig ausgeführt. Durch die allseitige Metalli
sierung können keine undefiniert sich ausbreitenden Ober
flächenwellen entstehen. Die Resonatoranordnung besitzt
eine hohe Güte und einen hohen Strahlungswirkungsgrad. Die
Metallisierung trägt zur verbesserten Abfuhr der im akti
ven Bauelement enthaltenden Verlustleistung bei.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist mit Standardverfahren
der Halbleitertechnologie kostengünstig und rationell her
stellbar.
Die Erfindung ist nachfolgend an einem bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Abbildung noch ein
gehend veranschaulicht. Diese zeigt eine Resonatoranord
nung in der Draufsicht und in zwei senkrecht durch die Re
sonatormitte verlaufenden Schnitten.
In einer Oberfläche eines Resonatorkörpers aus Halbleiter
material 2 wird in bekannter Weise ein aktives Halbleiter
bauelement 1 erzeugt. Das Halbleitermaterial 2 ist hochoh
mig und somit verlustarm.
Das Halbleiterbauelement ist beispielsweise eine IMPATT-
Diode oder ein Heterobipolar-Transistor. Je nach Anwen
dungsfall kann das Halbleiterbauelement aber auch durch
andere bekannte aktive Elemente oder Kombinationen von
Halbleiter-Bauelementen gebildet sein.
Das Halbleitermaterial 2 dient somit sowohl als Dielektri
kum des Resonatorkörpers als auch als einkristallines Sub
strat für das Bauelement. Der Resonatorkörper ist mit Aus
nahme von Strukturen zur Anregung und Abstrahlung bzw.
Empfang und Detektion elektromagnetischer Wellen, insbe
sondere Millimeterwellen, allseitig mit einer Metallisie
rung versehen und bildet somit einen mit Dielektrikum ge
füllten Hohlraumresonator.
Im skizzierten Beispiel ist in der Metallisierung ein
Schlitz 4 ausgespart, der zugleich als Anregungsstruktur
für die Ankopplung des aktiven Elements 1 an den Resonator
und als Strahler zur Abstrahlung oder zum Empfang elek
tromagnetischer Wellen dient. Das aktive Dioden-Element
ist hierfür hochfrequenzmäßig mit seinen beiden Polen mit
den gegenüberliegenden Längskanten des Schlitzes verbunden
und in der Mitte der Schlitzstruktur bezüglich deren
Längsrichtung angeordnet. Zur Ansteuerung des aktiven Di
oden-Elements 1 durch eine Gleichspannung ist eine Konden
satoranordnung vorgesehen, welche eine von der Metallisie
rung 3 durch eine Isolierschicht getrennte metallische
Kondensatorfläche 5 auf einer Seite der Anregungs-Schlitz
struktur umfaßt. Die Kondensatorfläche 5 ist mittels eines
von der Metallisierung 3 isolierten Anschlußsteges 7 mit
einem Pol des aktiven Dioden-Elements 1 verbunden, dessen
anderer Pol an die Metallisierung 3 an der gegenüberlie
genden Schlitzseite angeschlossen ist. Die externen An
schlüsse an die Metallisierung 3 und die Kondensatorfläche
5 zur Gleichspannungsversorgung sind nicht eingezeichnet.
Die Kondensatorfläche 5 bildet eine entkoppelte Gleich
spannungszuführung und zugleich für die hochfrequenten Si
gnale im Millimeterwellenbereich einen Kurzschluß gegen
die darunterliegende Metallisierung. Hierdurch braucht die
allseitige Metallisierung 3 nicht zusätzlich für die ent
koppelte Gleichspannungszuführung strukturiert werden.
Der Resonatorkörper, der bereits als Wärmesenke für die in
dem aktiven Element anfallende Verlustwärme dient, kann
mit der dem aktiven Bauelement 1 abgewandten Fläche auf
einen weiteren wärmeableitenden Trägerkörper befestigt
werden. Die Metallisierung unterstützt dabei die Wärmeab
leitung durch schnellere Verteilung über die Oberfläche
des Resonatorkörpers.
Die Resonanzfrequenz des Resonatorkörpers kann über die
Dimensionen des Körpers präzise eingestellt werden, wofür
wiederum die hochgenauen Strukturierungsmöglichkeiten der
gebräuchlichen Halbleitertechnologien von besonderem Vor
teil sind. Die Resonanzfrequenz hängt noch in bekannter
Weise ab von der Dielektrizitätskonstanten des Halbleiter
materials 2.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Resonatoranordnungen
kann vorteilhafterweise in wesentlichen Prozeßschritten
für eine Mehrzahl von Anordnungen gleichzeitig mit bekann
ten und bewährten Mitteln der Halbleitertechnologie erfol
gen.
Auf einer Halbleiterscheibe (wafer), auf welcher eine Un
terteilung in eine Mehrzahl von Flächen für die einzelnen
Resonatoranordnungen vorgesehen ist, werden z. B. mittels
photolithographischer Strukturierung, Diffusions- oder
Implantationsdotierung, epitaktischer Kristallwachstums
verfahren etc. gleichzeitig für alle Resonatoranordnungen
die aktiven Halbleiterbauelemente erzeugt.
Anschließend wird ganz flächig eine Metallisierungsschicht
abgeschieden und entsprechend der vorgesehenen Strukturen
für die Ankopplung und ggf. eine Aperturantenne struktu
riert und schließlich durch weitere Schichtabscheidungen
und Strukturierungen die Kondensatoranordnungen herge
stellt.
Nach Trennung der einzelnen Resonatoranordnungen werden
die übrigen Flächen der Resonator-Halbleiterkörper metal
lisiert.
Die Trennung der einzelnen Resonatorkörper aus dem Wafer
verband kann vorteilhafterweise mittels eines (z. B. im
einkristallinen Halbleitermaterial orientierungsselekti
ven, anisotropen) Ätzverfahrens erfolgen, was zum einen
eine sehr präzise Dimensionierung der Resonatorkörper
durch photolithographische Erzeugung der Trennlinien be
nachbarter Resonatorkörper als Angriffsflächen für den
Ätzvorgang ermöglicht und zum anderen besonders ebene
(z. B. schräge) Seitenflächen liefert. Der Neigungswinkel
der Seitenflächen ist abhängig von der Kristallorientie
rung des Wafers. Beim Ätzen wird die Ätztiefe z. B. etwas
tiefer als die gewünschte Dicke der Resonatorkörper aber
geringer als die Waferdicke gewählt und zur Trennung der
einzelnen Resonatorkörper wird der Wafer von der der
strukturierten Seite abgewandten Fläche her bis auf die
gewünschte Resonatordicke abgetragen, z. B. durch Schleifen
oder Polieren.
Die Form des Resonatorkörpers ist an sich beliebig. Für
die Trennung der Resonatorkörper durch orientierungsselek
tives Grabenätzen sind gerade Begrenzungslinien günstig.
Claims (7)
1. Resonatoranordnung mit folgenden Merkmalen
- - ein dielektrischer Resonatorkörper ist allseitig metallisiert
- - der Resonatorkörper besteht aus einkristallinem Halbleitermaterial
- - auf dem Halbleitermaterial ist auf einer Seite ein aktives Halbleiterbauelement monolithisch inte griert
- - die Metallisierung ist im Bereich des aktiven Halbleiterbauelements zur Ankopplung des Bauele ments an den Resonatorkörper strukturiert.
2. Resonatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Resonatorkörper als flache Scheibe aus
geführt ist.
3. Resonatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Halbleitermaterial orientierungsselektiv
ätzbar ist, und daß die Seitenflanken des Resonatorkörpers
Ätzflanken eines orientierungsselektiven Ätzprozesses
sind.
4. Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur zur Ankopplung
eine schlitzförmige Öffnung umfaßt.
5. Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Metallisierung eine
Öffnung als Apertur-Antennenstruktur vorhanden ist.
6. Resonatoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine schlitzförmige Öffnung in der Metalli
sierung zur Ankopplung des Bauelements an den Resonator
körper und zugleich als Apertur-Antenne dient.
7. Resonatoranordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, die Gleichstromzuführung
zu einem der Pole des Bauelements über eine integrierte
Kondensatoranordnung erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4431071A DE4431071C2 (de) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Resonatoranordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4431071A DE4431071C2 (de) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Resonatoranordnung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4431071A1 true DE4431071A1 (de) | 1996-03-07 |
DE4431071C2 DE4431071C2 (de) | 2002-04-18 |
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ID=6527113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4431071A Expired - Fee Related DE4431071C2 (de) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Resonatoranordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4431071C2 (de) |
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- 1994-09-01 DE DE4431071A patent/DE4431071C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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Legal Events
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |