RU2081479C1 - Microwave device - Google Patents

Microwave device Download PDF

Info

Publication number
RU2081479C1
RU2081479C1 SU4782319A RU2081479C1 RU 2081479 C1 RU2081479 C1 RU 2081479C1 SU 4782319 A SU4782319 A SU 4782319A RU 2081479 C1 RU2081479 C1 RU 2081479C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
circuit
waveguide
chips
waveguide assembly
elements
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Г. Божков
К.И. Куркан
В.А. Геннеберг
Original Assignee
Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов filed Critical Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов
Priority to SU4782319 priority Critical patent/RU2081479C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2081479C1 publication Critical patent/RU2081479C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: semiconductor electronics; monolithic microwave integrated circuits, especially those operating in extremely-high frequency band. SUBSTANCE: monolithic microwave integrated circuit of device has metal sections of transmission line, matching components, and isolated chips that function to joint together all parts to form monolith and to perform the functions of passive and active elements; some chips are used to facilitate installation of circuit into waveguide assembly. Novelty is that bearing structure of circuit components is metallized surface and not substrate. Isolated chips of circuit perform various functions: some of them carry active and passive elements, others serve to join together metal parts of circuit into integral unit, and still other chips are used to secure circuit on installation site in waveguide assembly. EFFECT: reduced microwave power loss, simplified installation of integrated circuit in waveguide assembly. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано при создании монолитных интегральных схем СВЧ и прежде всего схем миллиметрового диапазона длин волн. The invention relates to semiconductor electronics and can be used to create monolithic integrated circuits of the microwave and, above all, millimeter wavelength circuits.

Известно, что созданию монолитных интегральных схем СВЧ (МИС СВЧ) предшествовало широкое использование гибридно-интегральных схем (ГИС) СВЧ. Эти схемы широко используются и в настоящее время (см. например: А.М. Темнов, Р. А. Силин, А.Г. Михальченков. Гибридно-монолитные интегральные приборы СВЧ: конструктирование и технология изготовления. Обзоры по электронной технике. Сер. 1. Электроника СВЧ, вып. 20 (1319), 1987), ГИС СВЧ формируется на диэлектрических подложках (кварц, дюроид и др.) с малыми значениями диэлектрической постоянной и малыми потерями СВЧ мощности. Линии передачи, элементы согласования, пассивные элементы формируются на подложках методами фотолитографии, а активные элементы монтируются обычно методом термокомпрессии. Недостатком ГИС является то, что при монтаже навесных элементов трудно достичь воспроизводимости геометрического расположения и идентичности параметров элементов (например в балансных схемах), что ведет к ухудшению параметров схемы, особенно в миллиметровом диапазоне длин волн (ММДВ). Другой недостаток трудоемкость сборки ГИС и прежде всего монтажа активных элементов. It is known that the creation of monolithic microwave integrated circuits (MIS microwave) was preceded by the widespread use of hybrid integrated circuits (GIS) microwave. These circuits are widely used at present (see, for example, A.M. Temnov, R. A. Silin, A. G. Mikhalchenkov. Hybrid monolithic microwave integrated devices: design and manufacturing technology. Reviews on electronic technology. Ser. 1. Microwave electronics, issue 20 (1319), 1987), microwave GIS is formed on dielectric substrates (quartz, dyroid, etc.) with low dielectric constant and low microwave power loss. Transmission lines, matching elements, passive elements are formed on substrates by photolithography methods, and active elements are usually mounted by thermal compression. The disadvantage of GIS is that when mounting attachments, it is difficult to achieve reproducibility of the geometric arrangement and identity of the parameters of the elements (for example, in balanced circuits), which leads to a deterioration of the circuit parameters, especially in the millimeter wavelength range (MMDV). Another disadvantage is the complexity of assembling GIS and, above all, the installation of active elements.

Известны монолитные интегральные схемы СВЧ, выполненные на арсенидо-галлиевой полупроводниковой подложке, на поверхность которой нанесены эпитаксиальные слои, необходимые для формирования активных элементов (см. например, "Арсенид галлия в микроэлектронике". Перев. с англ. под ред. В.Н. Мордковича, М. "Мир", 1988, гл.5). В таких схемах устраняются недостатки ГИС, связанные с невоспроизводимостью положения активных элементов, неидентичностью их параметров и трудоемкостью монтажа. Monolithic microwave integrated circuits are known that are made on a gallium arsenide-semiconductor substrate, on the surface of which epitaxial layers are deposited, which are necessary for the formation of active elements (see, for example, “Gallium arsenide in microelectronics.” Translated from English under the editorship of V.N. Mordkovich, M. Mir, 1988, Ch. 5). In such schemes, the GIS disadvantages associated with the irreproducibility of the position of active elements, the non-identicalness of their parameters and the complexity of installation are eliminated.

Монолитные интегральные схемы созданы и в ММДВ. Известна, например, схема монолитного балансного смесителя (B.J. Clifton and R.W. Chick. Balanced monolithic mixer use at 44 GHz 10 Int. Conf. Infrared and Millim. Wawes Dig. Conf. 1985, p. 273), выполненного на арсенидо-галлиевом rune размерами 5•2,5 мм с полуизолирующей подложкой, содержащего балансную диодную пару и элементы линий передачи и согласования с каналами сигнала, гетеродина и промежуточной частоты. Арсенидогаллиевый run крепится в коваровый держатель, а затем в волноводный узел (устройство, корпус). Недостатком такой монолитной схемы является то, что потери СВЧ мощности в полуизолирующем GaAs выше, чем, например в кварце, и растут с повышением частоты. Кроме того, монолитная схема в виде runa очень трудоемка при монтаже в устройство. Monolithic integrated circuits were also created in MMDV. For example, a monolithic balanced mixer (BJ Clifton and RW Chick. Balanced monolithic mixer use at 44 GHz 10 Int. Conf. Infrared and Millim. Wawes Dig. Conf. 1985, p. 273), made with gallium arsenide rune, is known 5 • 2.5 mm with a semi-insulating substrate containing a balanced diode pair and elements of transmission lines and matching with channels of the signal, local oscillator and intermediate frequency. Arsenidogallium run is mounted in an insidious holder, and then in a waveguide assembly (device, housing). The disadvantage of such a monolithic scheme is that the microwave power loss in a semi-insulating GaAs is higher than, for example, in quartz, and grow with increasing frequency. In addition, a monolithic circuit in the form of runa is very laborious when installed in a device.

Эти недостатки в значительной степени устранены в интегральном балансном смесителе миллиметрового диапазона (А.с. N 1443731, кл. H 03 D 7/14, 86 г.), который взят нами в качестве прототипа. В этом смесителе потери уменьшены за счет удаления (стравливания) подложки. Отдельные участки подложки (кристаллы) оставлены для создания на них активных элементов и согласующих (трансформирующих) элементов на основе отрезков линий передачи. Упрощается в этом случае и монтаж схемы в волноводный корпус. Она крепится простым зажимом между двумя половинками в продольном сечении волноводе. These shortcomings are largely eliminated in the integrated millimeter-wave balanced mixer (A.S. N 1443731, class H 03 D 7/14, 86), which we took as a prototype. In this mixer, losses are reduced by removing (bleeding) the substrate. Separate sections of the substrate (crystals) are left to create active elements and matching (transforming) elements based on segments of transmission lines. In this case, the installation of the circuit in the waveguide housing is also simplified. It is attached by a simple clamp between two halves in a longitudinal section of the waveguide.

Очевидные недостатки данного интегрального смесителя обусловлены двумя обстоятельствами: в нем исключена возможность подачи на диоды постоянного смещения (диоды закорочены по постоянному току), что ограничивает функциональные возможности схемы (ухудшает параметры, требует повышенной мощности гетеродина); монтаж схемы в волноводный узел затруднен из-за того, что нет возможности надежно зафиксировать положение схемы относительно волноводного канала, что может повлиять на повторяемость параметров и качество смесителя в целом. The obvious disadvantages of this integrated mixer are due to two circumstances: it excludes the possibility of applying constant bias to the diodes (diodes are shorted by direct current), which limits the functionality of the circuit (degrades the parameters, requires an increased local oscillator power); mounting the circuit into the waveguide assembly is difficult due to the fact that it is not possible to reliably fix the position of the circuit relative to the waveguide channel, which can affect the repeatability of the parameters and the quality of the mixer as a whole.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и упрощение монтажа монолитной схемы в волноводный узел. The aim of the invention is to expand the functionality and simplify the installation of a monolithic circuit in a waveguide assembly.

Указанная цель достигается тем, что наряду с кристаллами, содержащими активные элементы (диоды) и согласующие отрезки линий передачи, в схему введены кристаллы, содержащие пассивные элементы, кристаллы, которые служат для скрепления между собой отдельных частей металлизации, а также кристаллы, служащие для фиксирования схемы в месте ее монтажа в волноводный узел (корпус). This goal is achieved by the fact that along with crystals containing active elements (diodes) and matching segments of transmission lines, crystals containing passive elements, crystals that serve to bond individual parts of metallization together, as well as crystals used to fix circuit in the place of its installation in the waveguide assembly (housing).

Отличие предлагаемой монолитной СВЧ схемы от известной позволяет говорить о новизне технического решения, а анализ аналогов в исследуемой области свидетельствует об удовлетворении критерию "существенное отличие". The difference between the proposed monolithic microwave circuit from the known one allows us to talk about the novelty of the technical solution, and the analysis of analogues in the studied area indicates that the criterion of "significant difference" is satisfied.

Очевидное достоинство предлагаемой монолитной СВЧ схемы заключается прежде всего в расширении функциональных возможностей благодаря подаче постоянного смещения на активные элементы. Это позволяет создавать не только схемы смесителя со смещением, но и схемы детекторов со смещением, умножителей, переключателей и т.д. При этом подача смещения либо открывает возможности для выполнения новых функций (переключатели), либо значительно улучшает параметры (смесители, детекторы, умножители). Последнее также можно трактовать как расширение функциональных возможностей. The obvious advantage of the proposed monolithic microwave circuit is primarily to expand the functionality by applying a constant bias to the active elements. This allows you to create not only bias mixer circuits, but also bias detector detectors, multipliers, switches, etc. In this case, the bias supply either opens up possibilities for performing new functions (switches), or significantly improves the parameters (mixers, detectors, multipliers). The latter can also be interpreted as an extension of functionality.

Упрощение монтажа связано с тем, что введение дополнительных кристаллов позволяет зафиксировать положение схемы в заданном месте достаточно жестко, а затем прикрепить ее термокомпрессией (или приклеить) к одной из половинок волновода. Simplification of the installation is due to the fact that the introduction of additional crystals allows you to fix the position of the circuit in a given place quite rigidly, and then attach it by thermal compression (or glue) to one of the halves of the waveguide.

Очевидно, что предлагаемое техническое решение может быть использовано для широкого спектра конкретных монолитных СВЧ схем. It is obvious that the proposed technical solution can be used for a wide range of specific monolithic microwave circuits.

На фиг.1 представлена монолитная интегральная схема переключателя вид с обратной стороны (со стороны подложки). Затемненные области 1,4,4,6-полупроводниковые кристаллы, выполняющие различные функции, 2 вывод для подачи постоянного смещения, изолированный (отделенный щелью) от волновода, 3 четвертьволновые отрезки щелевой линии, 5 щель для изоляции вывода 2 по постоянному току. На фиг.2 показана с лицевой стороны монолитная интегральная схема переключателя, закрепленная в волноводный узел (корпус). Обозначения прежние. На фиг.3 представлен фрагмент пластины со сформированными на ней монолитными схемами перед операцией разделения на отдельные схемы. На фиг. 4 представлена монолитная интегральная схема переключателя (вид с лицевой стороны), выполненная на одном кристалле 7 (ограничен штриховыми линиями), на котором сформированы диодные тройки 1, вывод для подачи смещения 2, отрезки щелевых линий 3. Схема крепится в Е-плоскости волновода с помощью металлизации 8, которая зажимается между двумя половинками волноводного узла. Figure 1 shows a monolithic integrated circuit switch view from the back side (from the substrate). Shaded areas of 1,4,4,6-semiconductor crystals that perform various functions, 2 terminal for supplying constant bias, isolated (separated by a gap) from the waveguide, 3 quarter-wave lengths of the slit line, 5 gap for isolating terminal 2 with direct current. Figure 2 shows from the front side a monolithic integrated circuit switch, mounted in a waveguide assembly (housing). Designations are the same. Figure 3 presents a fragment of a plate with monolithic circuits formed on it before the operation of separation into separate circuits. In FIG. 4 shows a monolithic integrated circuit of the switch (front view) made on a single crystal 7 (limited by dashed lines), on which diode triples 1 are formed, an output for applying bias 2, pieces of slot lines 3. The circuit is mounted in the E-plane of the waveguide with using metallization 8, which is clamped between the two halves of the waveguide assembly.

На кристаллах 1 сформированы активные элементы три последовательно соединенных диода с барьером Шоттки (ДБШ). Выбор количества диодов определяется уровнем переключаемой мощности. В ММДВ с учетом требований к ДБШ по быстродействию последовательная тройка ДБШ способна переключать мощности в сотни милливатт. Диодные тройки попарно (левая и правая) включены в противоположных направлениях. On crystals 1, active elements of three series-connected diodes with a Schottky barrier (DBS) are formed. The choice of the number of diodes is determined by the level of switched power. In MMDV, taking into account the requirements for high-speed power train, the successive three power trainers are able to switch power to hundreds of milliwatts. Diode triples in pairs (left and right) are included in opposite directions.

Кристаллы 4 и 4' (фиг.1,2) служат для скрепления схемы. В их отсутствие схема "рассыпается", поскольку вывод для подачи смещения (2) должен быть изолирован от волновода. Кристаллы 4 одновременно выполняют и другую функцию. На них сформированы емкости (на основе МДП структур или БШ), обеспечивающие низкое сопротивление по СВЧ сигналу. Crystals 4 and 4 '(Fig.1,2) are used to fasten the circuit. In their absence, the circuit “crumbles”, since the output for applying bias (2) must be isolated from the waveguide. Crystals 4 simultaneously perform another function. Capacities are formed on them (based on MIS structures or BS), which provide low resistance to a microwave signal.

Кристаллы 6 выполняют вспомогательную роль. Они служат для установки схемы в волноводном узле (фиг.2) в фиксированном положении, чтобы исключить ее смещение при окончательном закреплении с помощью сварки, термокомпрессии или другим методом. Кристаллы 4' (фиг.2) также служат для фиксирования схемы перед сборкой, т.е. они выполняют две функции. О первой для скрепления схемы
сказано выше.
Crystals 6 play a supporting role. They serve to install the circuit in the waveguide assembly (Fig. 2) in a fixed position in order to exclude its displacement during final fixing by welding, thermal compression, or another method. The crystals 4 '(FIG. 2) also serve to fix the circuit before assembly, i.e. they perform two functions. About the first for fastening the circuit
said above.

Толщина золотой металлизации схемы составляет обычно 6 12 мкм. Более тонкая металлизация легко деформируется и затрудняет проведение операции сборки схемы в корпус. При большей толщине металлизации она становится слишком жесткой. В этом случае механические нагрузки при сборке могут привести к отслаиванию кристаллов. The thickness of the gold metallization scheme is usually 6 to 12 microns. Thinner metallization is easily deformed and complicates the operation of assembling the circuit into the housing. With a greater thickness of metallization, it becomes too stiff. In this case, mechanical stresses during assembly can lead to crystal peeling.

Схема крепится в Е-плоскости волновода к одной из половинок волноводного узла (фиг. 2). Поскольку толщина схемы (металлизации) достаточно мала, нет необходимости в специальной выемке для схемы. Это значительно упрощает окончательную сборку узла: схема может быть закреплена между двумя половинками узла даже простым механическим прижимом, без приварки или термокомпрессии к одной из них. The circuit is attached in the E-plane of the waveguide to one of the halves of the waveguide assembly (Fig. 2). Since the thickness of the circuit (metallization) is quite small, there is no need for a special recess for the circuit. This greatly simplifies the final assembly of the assembly: the circuit can be fixed between the two halves of the assembly even with a simple mechanical clamp, without welding or thermal compression to one of them.

Функционирование переключателя осуществляется по обычной схеме. При подаче СВЧ мощности по каналу I (вход), фиг.2, мощность направляется в канал II, если диодные тройки левой ветви схемы включены в обратном направлении (при этом диодные тройки правой ветви схемы включены в прямом направлении, что приводит к отражению сигнала из-за закорачивания волноводного канала). И наоборот, мощность направляется по каналу III, если полярность смещения меняется на обратную. Четвертьволновые отрезки щелевых линий служат для согласования сопротивления волноводного канала и диодных троек. Размеры схемы составляют

Figure 00000002
в длина волы СВЧ сигнала в волноводе).The operation of the switch is carried out according to the usual scheme. When applying microwave power through channel I (input), Fig. 2, the power is sent to channel II if the diode triples of the left branch of the circuit are turned on in the opposite direction (while the diode triples of the right branch of the circuit are turned on in the forward direction, which leads to reflection of the signal from -for shorting the waveguide channel). Conversely, power is routed through channel III if the polarity of the bias is reversed. The quarter-wave segments of the slit lines serve to match the resistance of the waveguide channel and diode triples. The dimensions of the circuit are
Figure 00000002
in the wavelength of the microwave signal in the waveguide).

Способ создания предлагаемой монолитной интегральной СВЧ схемы может быть реализован следующим образом. The method of creating the proposed monolithic integrated microwave circuit can be implemented as follows.

В качестве полупроводникового материала используется арсенидо-галлиевые структуры i-n+-n-типа: на полуизолирующей подложке выращен буферный n+-слой (n+>2•1018 см-3) толщиной 3 5 мкм и "рабочий" слой n-типа (n=(5-10)•1016 см-3) толщиной 0,1 - 0,3 мкм. На этой пластине известными методами формируются диоды с барьером Шоттки с планарными выводами: четыре группы по три последовательно соединенных диода в каждой.In + n-type arsenide-gallium structures are used as a semiconductor material: on the semi-insulating substrate, a buffer n + layer (n + > 2 • 10 18 cm -3 ) with a thickness of 3 5 μm and an "working" n-type layer are grown n = (5-10) • 10 16 cm -3 ) with a thickness of 0.1 - 0.3 microns. Known methods are used to form diodes on this plate with a Schottky barrier with planar leads: four groups of three diodes connected in series in each.

Для формирования планарных ДБШ может быть использован способ, описанный в статье: W.L. Bishop, K. Mokinney, R.J. Maffauch, T.W. Crowe, G. Creen. A novel whiskerless shoffky diode for millimeter and submillimeter wave application. JEEE MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig. 1987, v.2, p.607. Согласно этому способу барьер Шоттки и омический контакт формируются во вскрытых в SiO2 окнах путем нанесения металлизации Pt-Cr-Au и Sn/Ni-Ni-Au соответственно. Для уменьшения паразитной емкости ДБШ анодный вывод к БШ изолируется от полупроводника путем вытравливания под ним канала глубиной go i-подложки. Металлизация Cr-Au наносится на всю пластину и служит для формирования ДБШ и топологии остальной схемы одновременно. Для этого проводится фотолитография и электрохимическое осаждение золота в окна, вскрытые в фоторезисте. При этом формируется полосковый вывод 2 (фиг.1), служащий для подачи постоянного смещения на диоды, и элементы щелевых линий 3.To form planar DBL, the method described in the article can be used: WL Bishop, K. Mokinney, RJ Maffauch, TW Crowe, G. Creen. A novel whiskerless shoffky diode for millimeter and submillimeter wave application. JEEE MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig. 1987, v. 2, p. 607. According to this method, the Schottky barrier and ohmic contact are formed in windows opened in SiO 2 by applying metallization Pt-Cr-Au and Sn / Ni-Ni-Au, respectively. To reduce the parasitic capacitance of the DBL, the anode terminal to the BS is isolated from the semiconductor by etching the channel with the depth go of the i-substrate under it. Metallization of Cr-Au is applied to the entire plate and serves to form the DBL and the topology of the rest of the circuit at the same time. To do this, photolithography and electrochemical deposition of gold into the windows opened in the photoresist are performed. In this case, a strip terminal 2 is formed (Fig. 1), which serves to supply a constant bias to the diodes, and slotted line elements 3.

Согласно известному способу толщина осажденного золота составляет 3 мкм. Однако нами экспериментально установлено, что такая толщина недостаточна. Для того чтобы после разделения пластины на отдельные схемы последние сохраняли упругость и прочность, необходимые для проведения операции сборки, и одновременно не допускали разрывов в области крепления кристаллов к схеме в процессе механических и климатических испытаний, осаждение золота ведется до толщин 6 12 мкм. Утолщение золотой металлизации ведется избирательно: после достижения 2 3 мкм области активных элементов защищаются фоторезистом и затем проводится дальнейшее осаждение до 6 12 мкм. После этого удаляется фоторезист и подслой Cr-Au под ним. Малая толщина металлизации в области активных элементов (2 3 мкм) необходима, чтобы избежать больших механических напряжений, отрицательно влияющих на характеристики активных элементов (ДБШ). According to the known method, the thickness of the deposited gold is 3 μm. However, we experimentally established that such a thickness is insufficient. In order that, after dividing the plate into separate circuits, the latter retain the elasticity and strength necessary for the assembly operation, and at the same time prevent breaks in the area of the crystals are attached to the circuit during mechanical and climatic tests, gold is deposited to a thickness of 6-12 μm. Thickening of the gold metallization is carried out selectively: after reaching 2 3 μm, the regions of the active elements are protected by a photoresist and then further deposition is carried out up to 6 12 μm. After this, the photoresist and the Cr-Au sublayer under it are removed. A small metallization thickness in the region of active elements (2 3 μm) is necessary to avoid large mechanical stresses that adversely affect the characteristics of active elements (DBS).

Перед разделением пластины на отдельные схемы с лицевой стороны схемы проводится вытравливание n и n+-слоев в щели 5 и в области щелевой линии 3. При этом области диодных троек 1 и обратная сторона пластины маскируются. Травление необходимо, чтобы устранить шунтирование в схеме по проводящей части полупроводниковой структуры.Before dividing the plate into separate circuits, the front side of the circuit is etched with n and n + layers in the slit 5 and in the area of the slit line 3. The areas of diode triples 1 and the reverse side of the plate are masked. Etching is necessary in order to eliminate shunting in the circuit along the conductive part of the semiconductor structure.

Для проведения операции разделения пластины на отдельные схемы (см. фиг. 3) подложка стравливается до толщины 70 100 мкм. Затем известными методами (например, с использованием совмещения в ИК-свете) с обратной стороны проводится фотолитография и стравливается полупроводниковый материал с незащищенных мест. Фоторезистом защищаются только области, на которых расположены кристаллы 1, 4, 4! и 6. В результате травления пластина разделяется на отдельные схемы, соответствующие фиг.1
Далее схема крепится в Е-плоскости волновода к одной из половинок волноводного узла. Кристаллы 6 и 4! позволяют закрепить схему таким образом, чтобы исключить ее сдвиг при случайных толчках и касаниях инструмента. Поскольку толщина схемы достаточно мала (6 12 мкм), сборку можно осуществить механическим прижимом обеих половинок волноводного узла после предварительной приварки или термокомпрессии схемы к волноводу в заранее установленных местах.
For the operation of dividing the plate into separate circuits (see Fig. 3), the substrate is etched to a thickness of 70 to 100 μm. Then, using well-known methods (for example, using registration in infrared light), photolithography is performed on the reverse side and semiconductor material is etched from unprotected places. Only areas on which crystals 1, 4, 4 are located are protected by a photoresist ! and 6. As a result of etching, the plate is divided into separate circuits corresponding to FIG.
Next, the circuit is attached in the E-plane of the waveguide to one of the halves of the waveguide assembly. Crystals 6 and 4 ! they allow to fix the circuit in such a way as to exclude its shift during random shocks and touching the tool. Since the thickness of the circuit is sufficiently small (6–12 μm), the assembly can be carried out by mechanical clamping of both halves of the waveguide assembly after preliminary welding or thermal compression of the circuit to the waveguide in predetermined places.

Использование предлагаемой конструкции монолитной интегральной схемы эффективно в ММДВ и прежде всего в его коротковолновой части, поскольку размеры схемы соизмеримы с длиной волны. В сантиметровом диапазоне она малоэффективна, т.к. размеры схемы становятся слишком большими. Для их уменьшения необходимо уменьшить длину волны сигнала в волноводе. Этого можно достигнуть, если выполнить схему на одном кристалле (фиг.4). Ширина кристалла соответствует высоте сечения волновода. Это позволяет зафиксировать схему в требуемом положении (исключает движение схемы поперек волновода) и получить максимально возможное уменьшение длины волны в волноводе:

Figure 00000003
поскольку оно зависит от степени заполнения волновода диэлектриком. εэф определяется диэлектрической постоянной подложечного арсенида галлия, толщиной подложки и шириной щели (щелевой линии). Оценки показывают, что λв при использовании арсенидогаллиевой подложки εэф=12,9 может быть в ≈1,5 раза меньше длины волны в вакууме λ при толщине подложки 200 мкм. Это значит, что во столько же раз уменьшается длина схемы. Ширина ее может быть уменьшена за счет заужения волновода в месте закрепления схемы. Естественно, что в такой схеме на одном кристалле потери сигнала будут больше, чем в схеме, представленной на фиг.1.Using the proposed design of a monolithic integrated circuit is effective in MMDV and, above all, in its short-wave part, since the dimensions of the circuit are comparable with the wavelength. In the centimeter range, it is ineffective, because circuit sizes are getting too big. To reduce them, it is necessary to reduce the wavelength of the signal in the waveguide. This can be achieved if you perform the circuit on a single chip (figure 4). The width of the crystal corresponds to the height of the cross section of the waveguide. This allows you to fix the circuit in the desired position (eliminates the movement of the circuit across the waveguide) and obtain the maximum possible reduction in wavelength in the waveguide:
Figure 00000003
since it depends on the degree of filling of the waveguide with a dielectric. ε eff is determined by the dielectric constant of the substrate gallium arsenide, the thickness of the substrate, and the width of the slit (slot line). Estimates show that λ in using an arsenide-gallium substrate ε eff = 12.9 can be ≈1.5 times less than the wavelength in vacuum λ at a substrate thickness of 200 μm. This means that the length of the circuit is reduced by the same amount. Its width can be reduced due to the narrowing of the waveguide in the place of fastening of the circuit. Naturally, in such a circuit on a single chip the signal loss will be greater than in the circuit shown in figure 1.

Рассмотренная схема переключателя является возможным примером предлагаемой конструкции монолитной интегральной СВЧ схемы. Этот же принцип конструирования может быть использован при создании управляющих, преобразовательных и других, в том числе многофункциональных монолитных СВЧ модулей. The considered switch circuit is a possible example of the proposed design of a monolithic integrated microwave circuit. The same design principle can be used to create control, converter, and other, including multifunctional, monolithic microwave modules.

Claims (2)

1. Устройство СВЧ, содержащее корпус с выполненными в нем отрезками волновода и смонтированной в нем интегральной схемой, включающий элементы линии передачи и элементы согласования в виде отдельных участков металлизации, активные и пассивные элементы, соединенные в электрическую схему посредством упомянутых участков металлизации, отличающееся тем, что активные и пассивные элементы выполнены в виде отдельных кристаллов, при этом механическое соединение отдельных участков металлизации в монолитную интегральную схему обеспечено за счет упомянутых отдельных кристаллов. 1. Microwave device, comprising a housing with sections of a waveguide made in it and an integrated circuit mounted therein, including transmission line elements and matching elements in the form of individual metallization sections, active and passive elements connected to the electrical circuit by the said metallization sections, characterized in that the active and passive elements are made in the form of separate crystals, while the mechanical connection of individual metallization sections into a monolithic integrated circuit is ensured by said individual crystals. 2. Устройство СВЧ по п. 1, отличающееся тем, что введены элементы фиксации монолитной интегральной схемы в корпусе, выполненные в виде отдельных кристаллов. 2. The microwave device according to claim 1, characterized in that the fixation elements of the monolithic integrated circuit in the housing are introduced, made in the form of individual crystals.
SU4782319 1990-01-15 1990-01-15 Microwave device RU2081479C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4782319 RU2081479C1 (en) 1990-01-15 1990-01-15 Microwave device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4782319 RU2081479C1 (en) 1990-01-15 1990-01-15 Microwave device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2081479C1 true RU2081479C1 (en) 1997-06-10

Family

ID=21491539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4782319 RU2081479C1 (en) 1990-01-15 1990-01-15 Microwave device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2081479C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487445C1 (en) * 2011-12-28 2013-07-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" Method of shf filter fabrication
RU2503087C1 (en) * 2012-06-15 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") Millimetre-range monolithic integrated circuit
RU2560804C1 (en) * 2014-06-26 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) Manufacturing method of waveguides of millimetric range
RU180101U1 (en) * 2018-03-22 2018-06-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Microwave mixer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1478293, кл. H 03 F 3/60, 1989. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487445C1 (en) * 2011-12-28 2013-07-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" Method of shf filter fabrication
RU2503087C1 (en) * 2012-06-15 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") Millimetre-range monolithic integrated circuit
RU2560804C1 (en) * 2014-06-26 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) Manufacturing method of waveguides of millimetric range
RU180101U1 (en) * 2018-03-22 2018-06-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Microwave mixer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4899204A (en) High voltage switch structure with light responsive diode stack
EP0174073B1 (en) Integrated optical and electric circuit device
US5347149A (en) Integrated circuit and method
US4339870A (en) Series-connected two-terminal semiconductor devices and their fabrication
US4571559A (en) High-power waveguide limiter comprising PIN diodes for millimeter waves
EP0424113A2 (en) High isolation passive switch
US4825081A (en) Light-activated series-connected pin diode switch
US4593304A (en) Heterostructure interdigital high speed photoconductive detector
US20040227581A1 (en) Monolithic nonlinear transmission lines and sampling circuits with reduced shock-wave-to-surface-wave coupling
US5214275A (en) Optically controlled microwave switch and signal switching system
US4718063A (en) Optoelectronic integrated circuit multiplex
RU2081479C1 (en) Microwave device
DE3613258C2 (en) Millimeter wave circuit assembly
US4232401A (en) Millimeter wave image guide integrated balanced mixer
Mehdi et al. Planar GaAs Schottky diodes integrated with quartz substrate circuitry for waveguide subharmonic mixers at 215 GHz
Clifton Schottky-barrier diodes for submillimeter heterodyne detection
EP0314334B1 (en) Isolation of a charge coupled device
EP0208294B1 (en) Three-dimensional integrated circuit
EP0063422B1 (en) Heterostructure interdigital high speed photoconductive detector
RU2076393C1 (en) Microwave integrated circuit
US5031006A (en) Semiconductor device having a Schottky decoupling diode
RU2130215C1 (en) Monolithic microwave integrated circuit manufacturing process
Siegel et al. A 200 GHz planar diode subharmonically pumped waveguide mixer with state-of-the-art performance
US5309006A (en) FET crossbar switch device particularly useful for microwave applications
US3508125A (en) Microwave mixer diode comprising a schottky barrier junction