RU2216069C1 - Heavy-power microwave transistor structure - Google Patents
Heavy-power microwave transistor structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2216069C1 RU2216069C1 RU2002129972/28A RU2002129972A RU2216069C1 RU 2216069 C1 RU2216069 C1 RU 2216069C1 RU 2002129972/28 A RU2002129972/28 A RU 2002129972/28A RU 2002129972 A RU2002129972 A RU 2002129972A RU 2216069 C1 RU2216069 C1 RU 2216069C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- ballast resistor
- metallization
- contact
- transistor structure
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных СВЧ-полупроводниковых приборов. The claimed invention relates to semiconductor electronics and can be used in the construction of high-power microwave semiconductor devices.
Известна мощная СВЧ-транзисторная структура, в которой на полупроводниковой подложке размещены коллекторная, базовая и эмиттерная области, соединенные с соответствующими им электродами корпуса, а также балластный резистор, одной стороной контактирующий с металлизацией эмиттерной области, а противоположной стороной контактирующий с металлизацией площадки для присоединения эмиттерного проводника, служащего для соединения эмиттерной области транзисторной структуры с одноименным электродом корпуса [1]. Наличие балластного резистора позволяет повысить входное сопротивление транзисторной структуры и улучшить его температурную стабильность, тем самым повысив ее выходную мощность P1 и надежность.A powerful microwave transistor structure is known in which collector, base and emitter regions are placed on the semiconductor substrate, connected to the corresponding body electrodes, as well as a ballast resistor that contacts the metallization of the emitter region on one side and contacts the metallization of the emitter pad on the opposite side. a conductor used to connect the emitter region of the transistor structure with the same electrode of the housing [1]. The presence of a ballast resistor allows to increase the input resistance of the transistor structure and improve its temperature stability, thereby increasing its output power P 1 and reliability.
Недостатком такой транзисторной структуры является ее неравномерный разогрев из-за более интенсивного отвода тепла от периферии транзисторной структуры по сравнению с ее центром, что приводит к недостижению максимального значения P1.The disadvantage of this transistor structure is its uneven heating due to more intense heat removal from the periphery of the transistor structure compared to its center, which leads to the failure to achieve the maximum value of P 1 .
В другой транзисторной структуре [2] балластный резистор имеет непрямоугольную форму, что обеспечивает подключение к различным фрагментам или группам фрагментов области эмиттера различных сопротивлений с целью увеличения уровня рассеиваемой мощности в областях транзисторной структуры с лучшими условиями отвода тепла и уменьшения этого уровня в областях транзисторной структуры с худшими условиями отвода тепла. Изменение сопротивления балластного резистора по его ширине позволяет повысить равномерность разогрева транзисторной структуры и за счет этого увеличить P1.In another transistor structure [2], the ballast resistor has a non-rectangular shape, which allows connecting different resistances to different fragments or groups of fragments of the emitter region in order to increase the dissipated power level in the regions of the transistor structure with better heat dissipation conditions and reduce this level in the regions of the transistor structure with worse heat dissipation conditions. Changing the resistance of the ballast resistor along its width allows to increase the uniformity of heating of the transistor structure and thereby increase P 1 .
Недостатком такой транзисторной структуры является снижение коэффициента усиления по мощности Кp=P1/Рвх (Рвх - входная мощность) за счет увеличения паразитной проходной емкости эмиттер-коллектор СКЭ и полной емкости коллектора СК. Балластный резистор конструктивно располагается на изолирующем окисле над областью коллектора, поэтому, наряду с емкостью металлизации для присоединения эмиттерного проводника, его емкость входит в состав паразитной проходной емкости коллектор-эмиттер СКЭ. Емкость СКЭ шунтирует активное входное сопротивление транзистора в схеме с общей базой (ОБ), что приводит к передаче части входной мощности через СКЭ без усиления непосредственно в коллекторную цепь транзистора. В схеме с общим эмиттером (ОЭ) через СКЭ часть выходной мощности попадает в общий вывод, минуя нагрузку. Независимо от схемы включения транзистора (с ОБ или ОЭ) емкость балластного резистора входит в состав полной коллекторной емкости СК, с которой коэффициент передачи тока h21 и коэффициент усиления по мощности связаны обратной зависимостью [3]. Поэтому увеличение СКЭ приводит к снижению Кр.The disadvantage of such a transistor structure is the decrease in the power gain K p = P 1 / P I (P I - input power) due to an increase in the parasitic pass-through capacitance of the emitter-collector С КЭ and the total collector capacity С К. The ballast resistor is structurally located on the insulating oxide above the collector region, therefore, along with the metallization capacity for attaching the emitter conductor, its capacitance is part of the parasitic passage capacitance of the collector-emitter C CE . Capacitance C CE shunts the active input resistance of the transistor in a circuit with a common base (OB), which leads to the transfer of part of the input power through C CE without amplification directly to the collector circuit of the transistor. In a circuit with a common emitter (OE), through C KE, part of the output power falls into the common output, bypassing the load. Regardless of the switching circuit of the transistor (with OB or OE), the capacitance of the ballast resistor is part of the total collector capacitance C K , with which the current transfer coefficient h 21 and the power gain are connected inversely [3]. Therefore, an increase in CE leads to a decrease in K p .
Наиболее близкой по совокупности признаков является транзисторная структура [4], в металлизации площадок для присоединения проводников которой сделаны выемки, разделяющие площадки на изолированные фрагменты. При монтаже проводника часть фрагментов оказывается изолированной от потенциала эмиттера, что приводит к уменьшению паразитной емкости СКЭ и увеличению Кр.The closest set of features is the transistor structure [4], in the metallization of the sites for connecting the conductors of which there are recesses dividing the sites into isolated fragments. When installing the conductor, some of the fragments are isolated from the emitter potential, which leads to a decrease in the parasitic capacitance C of the FE and an increase in K p .
Увеличение проходной емкости коллектор-эмиттер и полной емкости коллектора за счет добавления к площади металлизации под потенциалом эмиттера над коллекторной областью площади балластного резистора препятствует достижению максимального значения коэффициента усиления по мощности. Наличие балластного резистора, а также увеличение его длины относительно некоторого среднего значения, пропорционального сопротивлению резистора, приводят к увеличению площади транзисторной структуры. An increase in the collector-emitter passage capacity and the total collector capacity by adding to the metallization area under the emitter potential above the collector region the area of the ballast resistor prevents reaching the maximum value of the power gain. The presence of a ballast resistor, as well as an increase in its length relative to a certain average value proportional to the resistance of the resistor, leads to an increase in the area of the transistor structure.
Заявляемое изобретение предназначено для уменьшения проходной емкости коллектор-эмиттер и полной коллекторной емкости транзистора и длины балластного резистора, и при его осуществлении может быть увеличен коэффициент усиления по мощности и уменьшены размеры транзисторной структуры. The claimed invention is intended to reduce the collector-emitter throughput and the total collector capacitance of the transistor and the length of the ballast, and when it is implemented, the power gain can be increased and the dimensions of the transistor structure can be reduced.
Вышеуказанная задача решается тем, что в мощной СВЧ-транзисторной структуре, содержащей области коллектора, базы и эмиттера и балластный резистор, одной стороной контактирующий с металлизацией области эмиттера, а противоположной стороной контактирующий с металлизацией площадки для присоединения эмиттерного проводника, в которой имеются выемки, причем сопротивление между металлизацией области эмиттера и эмиттерным проводником характеризуется некоторым законом распределения R(x) по ширине балластного резистора, x∈[0; h], h - ширина балластного резистора у края металлизации области эмиттера, согласно изобретению, от края контактной площадки, контактирующего с балластным резистором, начинается N выемок, распределение которых у этого края характеризуется некоторой функцией П(j) = H(Δrj)/Δrj, где Δrj - длина j-го отрезка между серединами соседних выемок в местах их перекрытия с балластным резистором, j=1,...N-1, причем начало 1-го и конец (N-1)-го отрезков совпадают с противоположными краями контактной площадки в местах их перекрытия с балластным резистором, H(Δrj) - ширина j-го промежутка между соседними выемками, а знак приращения функции П(j):ΔП(j) = П(j+1)-П(j) совпадает со знаком приращения функции R(x) на соответствующем интервале x или равен нулю.The above problem is solved in that in a powerful microwave transistor structure containing the collector, base and emitter regions and a ballast resistor, on one side in contact with the metallization of the emitter region, and on the opposite side in contact with the metallization area for connecting the emitter conductor, in which there are recesses, the resistance between the metallization of the emitter region and the emitter conductor is characterized by a certain distribution law R (x) over the width of the ballast resistor, x∈ [0; h], h is the width of the ballast resistor at the metallization edge of the emitter region, according to the invention, from the edge of the contact area in contact with the ballast resistor, N notches begin, the distribution of which at this edge is characterized by some function P (j) = H (Δr j ) / Δr j , where Δr j is the length of the j-th segment between the midpoints of adjacent recesses in the places of their overlap with the ballast resistor, j = 1, ... N-1, with the beginning of the 1st and the end of the (N-1) -th segments coincide with the opposite edges of the contact pad in places of their overlap with a ballast, H (Δr j ) - width and of the jth gap between adjacent recesses, and the sign of the increment of the function P (j): ΔP (j) = P (j + 1) -P (j) coincides with the sign of the increment of the function R (x) on the corresponding interval x or is equal to zero .
Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно увеличение коэффициента усиления по мощности, достигается за счет того, что наличие выемок на краю металлизации контактной площадки, контактирующем с балластным резистором, и их распределение в соответствии с требуемым законом R(x) приводит к уменьшению длины балластного резистора, необходимой для реализации R(x), следовательно - к уменьшению его площади и обусловленной наличием балластного резистора составляющей проходной емкости СКЭ и полной коллекторной емкости СК. Кроме того, уменьшение длины балластного резистора приводит к уменьшению площади транзисторной структуры в целом.The technical result obtained by carrying out the invention, namely, an increase in the power gain, is achieved due to the fact that the notches on the metallization edge of the contact pad in contact with the ballast resistor and their distribution in accordance with the required law R (x) leads to a decrease in length ballast required for implementing R (x), thus - to reduce its area and due to the presence of the ballast constituent pass capacitance C FE and full collecting containers With K. In addition, reducing the length of the ballast leads to a decrease in the area of the transistor structure as a whole.
На фиг. 1 изображена заявляемая мощная СВЧ-транзисторная структура, вид сверху. На фиг.2 изображены балластный резистор и места контакта его сторон с металлизацией области эмиттера и площадки для присоединения эмиттерного проводника. In FIG. 1 shows the inventive powerful microwave transistor structure, top view. Figure 2 shows the ballast resistor and the contact points of its sides with the metallization of the emitter region and the area for connecting the emitter conductor.
Мощная СВЧ-транзисторная структура размещена на полупроводниковой подложке 1, являющейся в данном примере областью коллектора. В пределах области базы 2 размещены фрагменты области эмиттера 3, контактирующие с металлизацией области эмиттера 4. Между металлизацией 4 и металлизацией площадки 5 для присоединения эмиттерного проводника 6 расположен балластный резистор 7, противоположные стороны которого контактируют с областями металлизации 4 и 5. Контакт проводника 6 с площадкой 5 выполнен в виде распределенной области 8, площадь которой превышает площадь сечения проводника 6. На фиг.1 также показана металлизация 9 области базы, через которую осуществляется контакт области 2 с металлизацией площадки 10 для присоединения базового проводника 11. В металлизации площадок 5 и 10 выполнены выемки 12, за счет которых уменьшены паразитные емкости этих контактных площадок. Для наглядности представления областей 2 и 3 участки металлизации 4 и 9 не показаны в пределах пунктирной линии. На фиг.2 дополнительно показаны расстояния Δrj и H(Δrj).
При работе мощной СВЧ-транзисторной структуры в составе мощного СВЧ-транзистора в схеме каскада усиления мощности с ОБ по проводнику 6 и далее по металлизации площадки 5, балластному резистору 7, металлизации области эмиттера 4 протекает входной эмиттерный ток. При этом балластный резистор 7 и участки металлизации 5 и 4 образуют распределенный резистор, контактирующий одной стороной с проводником 6, а противоположной стороной - с фрагментами области эмиттера 3 (фиг.1). Такой резистор характеризуется некоторым законом распределения сопротивления по ширине R(x), x∈[0;h], h - ширина балластного резистора 7 (фиг.2), так что между i-ой группой фрагментов 3, объединенных соответствующим фрагментом металлизации 4 (i=1,...,n, фиг.2, нумерация выделена курсивом), и проводником 6 оказывается подключен резистор с сопротивлением
R(i)=R4(i)+R5(i)+R7(i), (1)
где R4(i) - сопротивление участка i-го фрагмента металлизации 4 от контакта с балластным резистором 7 до контакта с фрагментом 3 области эмиттера; R5(i) - сопротивление за счет растекания эмиттерного тока по металлизации 5 от контакта проводника 6 (области 8) до балластного резистора 7; R7(i) - сопротивление балластного резистора 7. Так как сопротивление R4(i) пренебрежимо мало по сравнению с величинами других слагаемых (1) и не зависит от i,
R(i)≈R5(i)+R7(i). (1а)
Очевидно, зависимость сопротивлений R5 и R7 от i может быть эквивалентно заменена на зависимость от х: R5(x), R7(x). Зависимость R7(x) в прототипе реализуется за счет соответствующей пропорциональной зависимости длины резистивного покрытия от х: l(х). Наличие в металлизации 5 выемок 12, начинающихся от края контактной площадки, контактирующего с балластным резистором 7, и распределение их в соответствии с некоторой функцией П(j) согласно изобретению приводит к следующему:
1. увеличиваются сопротивления R5(i) из-за снижения эффективной ширины растекания тока по металлизации 5 вблизи края резистора 7;
2. распределение R5(x) становится в большей степени подчинено функции R(x);
3. в сопротивлении балластного резистора R7(x) появляется составляющая Rpаст(х) за счет растекания тока от промежутков между выемками 12 по резистивному покрытию, что приводит к увеличению R7(i);
4. распределение Rраст(x) за счет согласования функции П(j) с R(x) согласовано с требуемым законом распределения сопротивления R(x) (или R(i)).A powerful microwave transistor structure is placed on the semiconductor substrate 1, which in this example is the collector region. Within the base 2 region, fragments of the emitter region 3 are placed, which are in contact with the metallization of the
When a powerful microwave transistor structure is operating as part of a powerful microwave transistor in the circuit of a power amplification cascade with OB through a
R (i) = R 4 (i) + R 5 (i) + R 7 (i), (1)
where R 4 (i) is the resistance of the portion of the i-
R (i) ≈ R 5 (i) + R 7 (i). (1a)
Obviously, the dependence of the resistances R 5 and R 7 on i can be equivalently replaced by the dependence on x: R 5 (x), R 7 (x). The dependence of R 7 (x) in the prototype is realized due to the corresponding proportional dependence of the length of the resistive coating on x: l (x). The presence in the
1. the resistance R 5 (i) increases due to a decrease in the effective spreading width of the current through
2. the distribution of R 5 (x) becomes more subordinate to the function R (x);
3. in the resistance of the ballast resistor R 7 (x) appears component R past (x) due to the spreading of the current from the spaces between the
4. the distribution of R growth (x) due to the coordination of the function P (j) with R (x) is consistent with the required law of the distribution of resistance R (x) (or R (i)).
Следствия 1 и 3 позволяют уменьшить среднюю длину балластного резистора, а следствия 2 и 4 позволяют уменьшить неоднородность l(х), а именно разницу между минимальной и максимальной длиной резистора, обусловленную необходимостью реализации заданной функции R(x), т.е. уменьшить максимум l(х). Таким образом, изобретение позволяет уменьшить среднюю длину балластного резистора, причем максимальная его длина уменьшается в большей степени, чем минимальная, что в итоге приводит к уменьшению площади транзисторной структуры, а также - уменьшению паразитной емкости коллектор-эмиттер и полной емкости коллектора за счет наличия балластного резистора, а следовательно, к увеличению коэффициента усиления по мощности транзисторной структуры. Corollaries 1 and 3 allow us to reduce the average length of the ballast resistor, and
ЛИТЕРАТУРА
1. Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов. / В. И. Никишин, Б.К. Петров, В.Ф. Сыноров и др. - М.: Радио и связь, 1989. - С.106.LITERATURE
1. Design and production technology of high-power microwave transistors. / V.I. Nikishin, B.K. Petrov, V.F. Synorov et al. - M.: Radio and Communications, 1989. - P.106.
2. Там же, С.107. 2. Ibid., P. 107.
3. Там же, С.11-20,30-38. 3. Ibid., S.11-20.30-38.
4. Заявка Японии 63-136637, МПК H 01 L 21/60, 1988. 4. Application of Japan 63-136637, IPC H 01 L 21/60, 1988.
Claims (1)
П(j) = H(Δrj)/Δrj,
где Δrj - длина j-го отрезка между серединами соседних выемок в местах их перекрытия с балластным резистором, j= 1, . . . , N-1, причем начало 1-го и конец (N-1)-го отрезков совпадают с противоположными краями контактной площадки в местах их перекрытия с балластным резистором;
H(Δrj) - ширина j-го промежутка между соседними выемками,
а знак приращения функции П(j):ΔП(j) = П(j+1)-П(j) совпадает со знаком приращения функции R(x) на соответствующем интервале х или равен нулю.Powerful microwave transistor structure containing the collector, base and emitter regions and a ballast resistor, on one side in contact with the metallization of the emitter region, and on the opposite side, in contact with the metallization area for connecting the emitter conductor, in which there are recesses, and the resistance between the metallization of the emitter region and the emitter a conductor is characterized by a certain distribution law R (x) over the width of the ballast resistor, x∈ [0; h], h is the width of the ballast resistor at the metallization edge of the emitter region, characterized in that from the edge of the contact area in contact with the ballast resistor, N notches begin, the distribution of which at this edge is characterized by some function
P (j) = H (Δr j ) / Δr j ,
where Δr j is the length of the j-th segment between the midpoints of adjacent recesses in the places of their overlap with a ballast resistor, j = 1,. . . , N-1, and the beginning of the 1st and the end of the (N-1) -th segments coincide with the opposite edges of the contact pad at the points of their overlap with the ballast;
H (Δr j ) is the width of the j-th gap between adjacent recesses,
and the sign of the increment of the function P (j): ΔP (j) = P (j + 1) -P (j) coincides with the sign of the increment of the function R (x) on the corresponding interval x or is equal to zero.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002129972/28A RU2216069C1 (en) | 2002-11-10 | 2002-11-10 | Heavy-power microwave transistor structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002129972/28A RU2216069C1 (en) | 2002-11-10 | 2002-11-10 | Heavy-power microwave transistor structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2216069C1 true RU2216069C1 (en) | 2003-11-10 |
Family
ID=32028271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002129972/28A RU2216069C1 (en) | 2002-11-10 | 2002-11-10 | Heavy-power microwave transistor structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2216069C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743673C1 (en) * | 2020-06-22 | 2021-02-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Powerful hf- and microwave transistor structure |
-
2002
- 2002-11-10 RU RU2002129972/28A patent/RU2216069C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| НИКИШИН В.И. и др. Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов. - М.: Радио и связь, 1989, с.106-107. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743673C1 (en) * | 2020-06-22 | 2021-02-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Powerful hf- and microwave transistor structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6377125B1 (en) | Distributed amplifier having separately biased sections | |
| JP4262545B2 (en) | Cascode connection circuit and integrated circuit thereof | |
| CN110034112B (en) | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips | |
| EP1250717A2 (en) | Ldmos power package with a plurality of ground signal paths | |
| KR19980071219A (en) | I / O connection structure of semiconductor | |
| US5287072A (en) | Semiconductor device for improving high-frequency characteristics and avoiding chip cracking | |
| US7081799B2 (en) | Bipolar transistor, oscillation circuit, and voltage controlled oscillator | |
| RU2216069C1 (en) | Heavy-power microwave transistor structure | |
| US8357979B2 (en) | Electronic device comprising a field effect transistor for high-frequency applications | |
| CA1200017A (en) | Microwave field effect transistor | |
| US4692789A (en) | Semiconductor apparatus | |
| JPH0419705B2 (en) | ||
| RU2253923C1 (en) | Powerful uhf transistor structure | |
| RU2216072C1 (en) | Heavy-power microwave transistor | |
| RU2216070C1 (en) | Heavy-power microwave transistor structure | |
| EP0950265B1 (en) | Uniform ballast resistance for a thermally balanced radio frequency power transistor | |
| RU2216071C1 (en) | Heavy-power microwave transistor structure | |
| RU2403650C1 (en) | High-power rf and microwave transistor | |
| GB2133619A (en) | Semiconductor power device | |
| US3471755A (en) | Distributed variable attenuator network | |
| RU2216073C1 (en) | Heavy-power microwave transistor | |
| RU2403651C1 (en) | High-power radio-frequency transistor | |
| RU2101804C1 (en) | Shf transistor microassembly | |
| EP1442517A2 (en) | Adaptive biasing of rf power transistors | |
| GB2268332A (en) | Power transistor with reduced gate resistance and inductance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051111 |