RU2216070C1 - Heavy-power microwave transistor structure - Google Patents
Heavy-power microwave transistor structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2216070C1 RU2216070C1 RU2002130079/28A RU2002130079A RU2216070C1 RU 2216070 C1 RU2216070 C1 RU 2216070C1 RU 2002130079/28 A RU2002130079/28 A RU 2002130079/28A RU 2002130079 A RU2002130079 A RU 2002130079A RU 2216070 C1 RU2216070 C1 RU 2216070C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistor
- emitter
- metallization
- width
- transistor structure
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных СВЧ-полупроводниковых приборов. The 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, причем эмиттерная область фрагментирована с целью компенсации эффекта оттеснения тока к периферии эмиттера [1]. A powerful microwave transistor structure is known in which collector, base, and emitter regions are placed on a semiconductor substrate, connected to their respective body electrodes, the emitter region being fragmented to compensate for the effect of current displacement to the periphery of the emitter [1].
Недостатками такой транзисторной структуры являются неравномерное распределение мощности по площади структуры и термическая неустойчивость вследствие сильной положительной обратной связи по теплу, приводящие к снижению выходной мощности P1 и надежности транзисторной структуры.The disadvantages of such a transistor structure are the uneven distribution of power over the area of the structure and thermal instability due to the strong positive feedback on heat, leading to a decrease in the output power P 1 and the reliability of the transistor structure.
Другая транзисторная структура содержит дополнительно балластный резистор из материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, одной стороной контактирующий с металлизацией области эмиттера, а противоположной стороной контактирующий с металлизацией площадки для присоединения эмиттерного проводника, служащего для соединения фрагментов эмиттерной области транзисторной структуры с одноименным электродом корпуса [2]. Это позволяет повысить входное сопротивление транзисторной структуры и улучшить ее температурную стабильность, тем самым повысив P1 и надежность.Another transistor structure additionally contains a ballast resistor made of a material with a positive temperature coefficient of resistance, on one side in contact with the metallization of the emitter region, and on the opposite side, in contact with the metallization of the pad for connecting the emitter conductor, which serves to connect fragments of the emitter region of the transistor structure with the same case electrode [2] . This allows you to increase the input resistance of the transistor structure and improve its temperature stability, thereby increasing 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 снижению 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 a decrease in P 1 .
Наиболее близкой по совокупности признаков является транзисторная структура [3] , балластный резистор которой 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.The closest set of features is the transistor structure [3], the ballast of which is non-rectangular in shape, which allows connecting various resistances to different fragments or groups of fragments of the emitter region in order to increase the level of power dissipation in the regions of the transistor structure with better heat removal conditions and reduce this level in areas of a 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 .
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 due to the addition of a ballast resistor to the metallization area under the emitter potential above the collector region prevents the maximum gain in power from being reached. 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.
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 Кр связаны обратной зависимостью [4] . Поэтому увеличение Скэ приводит к снижению Кр=P1/Рвх; Рвх - входная мощность транзисторной структуры.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 collector-emitter pass-through capacitance collector with ke . The capacitance C ke shunts the active input impedance of the transistor in a circuit with a common base (OB), which leads to the transfer of part of the input power through C ke 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 transistor switching circuit (with OB or OE), the capacity 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 K p are inversely related [4]. Therefore, an increase in C ke leads to a decrease in K p = P 1 / P in ; R I - the input power 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 through-collector-emitter capacitance 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 известной мощной СВЧ-транзисторной структуре, содержащей области коллектора, базы и эмиттера с минимальным расстоянием Δ между центрами фрагментов области эмиттера и балластный резистор, одной стороной контактирующий с металлизацией области эмиттера, а противоположной стороной контактирующий с металлизацией площадки для присоединения эмиттерного проводника, причем усредненная по ширине
(Δxj = xj-xj-1(xj∈[0; h], j∈{1, 2, ..., N};
x0=0, xN=h, h - ширина балластного резистора у края металлизации области эмиттера) участков балластного резистора плотность распределения проводимости резистора по его ширине σ(x), x∈[0; h] характеризуется некоторым законом распределения
а расстояние между смежными краями металлизации области эмиттера и металлизации площадки для присоединения эмиттерного проводника характеризуется некоторой функцией l(х), согласно изобретению в балластном резисторе имеются выемки, ширина которых в местах контактов балластного резистора с металлизацией области эмиттера не превышает Δ/3, а максимальные и минимальные значения усредненных по участкам Δxj расстояний l(х):
удовлетворяют соотношению:
где Max{∑(Δxj)}, min{∑(Δxj)} - соответственно максимальное и минимальное значение функции ∑(Δxj), xj-1, xj - ближайшие друг к другу по ширине балластного резистора центры краев выемок, ближайших к краю металлизации области эмиттера, или в месте контакта балластного резистора с металлизацией области эмиттера.The above problem is solved by the fact that in the known powerful microwave transistor structure containing the collector, base and emitter regions with a minimum distance Δ between the centers of the fragments of the emitter region and a ballast resistor, on one side in contact with the metallization of the emitter region, and in the opposite side in contact with the metallization area for connection of the emitter conductor, and averaged over the width
(Δx j = x j -x j-1 (x j ∈ [0; h], j∈ {1, 2, ..., N};
x 0 = 0, x N = h, h is the width of the ballast resistor at the metallization edge of the emitter region) of the sections of the ballast resistor, the resistivity distribution of the resistor across its width σ (x), x∈ [0; h] is characterized by some distribution law
and the distance between adjacent edges of the metallization of the emitter region and the metallization of the site for connecting the emitter conductor is characterized by a certain function l (x), according to the invention, there are recesses in the ballast resistor whose width at the points of contact of the ballast resistor with metallization does not exceed Δ / 3, and the maximum and the minimum values of the distances l (x) averaged over the sections Δx j :
satisfy the ratio:
where Max {∑ (Δx j )}, min {∑ (Δx j )} are the maximum and minimum values of the function ∑ (Δx j ), x j-1 , x j are the centers of the edges of the recesses closest to each other along the width of the ballast resistor closest to the metallization edge of the emitter region, or at the point of contact of the ballast resistor with the metallization of the emitter region.
Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно увеличение коэффициента усиления по мощности, достигается за счет того, что наличие выемок в балластном резисторе позволяет уменьшить площадь верхней обкладки конденсатора, образованного резистором и областью коллектора, на величину площади выемок и тем самым уменьшить паразитные емкости Скэ и Ск, а уменьшение площади транзисторной структуры достигается за счет того, что увеличение погонного (на единицу длины) сопротивления балластного резистора за счет наличия в его резистивном слое выемок и его вариация по ширине резистора изменением количества и геометрических параметров выемок позволяют уменьшить длину балластного резистора.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 in the ballast resistor reduce the area of the upper lining of the capacitor formed by the resistor and the collector area by the size of the notches and thereby reduce stray capacitances C kOe and C k, a decrease in the area of transistor structure is achieved due to the fact that the increase in per unit length (per unit length) of the ballast resistance by the presence of I'm in it recesses resistive layer and its variation across the width of the resistor by changing the number and geometrical parameters make it possible to reduce the length of the recesses ballast.
Реализация требуемого сопротивления резистора R и закона распределения его проводимости по ширине ∑(Δxj) может быть осуществлена за счет вариации количеством и конфигурацией выемок, а также плотностью распределения их площади по ширине резистора. Общее сопротивление резистора определяется:
Очевидно, наличие выемок в пределах какого-либо k-го участка балластного резистора шириной Δxk будет приводить к уменьшению проводимости этого участка
Величина R в этом случае будет больше, чем сопротивление сплошного резистора той же длины без промежутков. Следовательно, реализация требуемого значения R при наличии в резистивном слое выемок будет приводить к уменьшению длины резистора, т.е. расстояния между смежными краями металлизации области эмиттера и металлизации площадки для присоединения проводника, и тем самым - к уменьшению площади транзисторной структуры. Варьируя количество и геометрические параметры выемок в пределах различных участков балластного резистора, можно реализовать требуемый закон распределения усредненной по ширине участков проводимости резистора ∑(Δxj), обеспечивающий повышение равномерности разогрева транзисторной структуры, а также удовлетворить требования условия (1), обеспечивающие дополнительное уменьшение длины балластного резистора и площади транзисторной структуры.The required resistance of the resistor R and the law of the distribution of its conductivity across the width ∑ (Δx j ) can be realized by varying the number and configuration of the recesses, as well as the density distribution of their area across the width of the resistor. The total resistance of the resistor is determined by:
Obviously, the presence of recesses within any k-th section of a ballast resistor of width Δx k will lead to a decrease in the conductivity of this section
The value of R in this case will be greater than the resistance of a solid resistor of the same length without gaps. Therefore, the implementation of the desired value of R in the presence of recesses in the resistive layer will lead to a decrease in the length of the resistor, i.e. the distance between adjacent edges of the metallization of the emitter region and the metallization of the site for connecting the conductor, and thereby to reduce the area of the transistor structure. By varying the number and geometrical parameters of the recesses within different sections of the ballast resistor, it is possible to implement the required distribution law of the resistor averaged over the width of the conductivity sections ∑ (Δx j ), which ensures an increase in the uniformity of heating of the transistor structure, and also satisfy the requirements of condition (1), providing an additional reduction in length ballast resistor and transistor structure area.
Условие непревышения расстоянием между смежными краями соседних участков трети величины Δ обеспечивает гальванический контакт с балластным резистором каждого фрагмента области эмиттера. The condition that the distance between adjacent edges of adjacent sections of the third Δ value does not exceed galvanic contact with the ballast resistor of each fragment of the emitter region.
На фиг. 1 изображена заявляемая мощная СВЧ-транзисторная структура, вид сверху. На фиг.2 схематично изображен 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 schematically shows a 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. В резисторе 7 выполнены выемки 8. На фиг.1 также показана металлизация 9 области базы, через которую осуществляется контакт области 2 с металлизацией 10 площадки для присоединения базового проводника 11. Для наглядности представления областей 2 и 3 участки металлизации 4 и 9 не показаны в пределах пунктирной линии. На фиг. 2 область контакта металлизации 4 с балластным резистором 7 - сплошная. На фиг.1, 2 показано, что ширина выемок 12 в местах контактов резистора 7 с металлизацией 4 не превышает трети расстояния Δ между центрами фрагментов области эмиттера. A powerful microwave transistor structure is placed on the
При работе мощной СВЧ-транзисторной структуры в составе мощного СВЧ-транзистора в схеме каскада усиления мощности с ОБ уменьшение площади балластного резистора 7 под потенциалом эмиттера за счет наличия выемок 8 обеспечивает, во-первых, снижение проходной емкости "коллектор-эмиттер" СкЭ, в результате чего меньшая по сравнению с прототипом часть входной мощности будет передаваться через Скэ в выходную цепь без усиления, а во-вторых, будет уменьшена полная емкость коллектора Ск. Оба этих фактора обеспечивают повышение коэффициента усиления по мощности Кр. В схеме с ОЭ к увеличению Кр будет приводить второй из названных факторов, а также уменьшение части выходной мощности, попадающей через Скэ в общий вывод схемы усилительного каскада, минуя нагрузку.When a powerful microwave transistor structure is used as part of a powerful microwave transistor in a power amplification cascade with OB, reducing the area of the
Несмотря на возможное наличие промежутков между контактами участков резистора 7 с металлизацией 4, непревышение шириной этих промежутков трети минимального расстояния Δ между центрами фрагментов 3 обеспечивает включение всех без исключения фрагментов 3 в схему каскада через металлизацию 4, балластный резистор 7, металлизацию 5, проводник 6 и далее через соответствующий электрод корпуса транзистора даже в случае фрагментации металлизации 4 в месте контактов с участками 7 (фиг.1). Так как конфигурация области эмиттера должна обеспечивать максимальное отношение периметра эмиттера к площади базы [5], т.е. максимальную плотность размещения фрагментов 3 в пределах области 2, расстояние Δ определяется разрешением литографического процесса - минимальным расстоянием σ между двумя ближайшими параллельными линиями структуры. На фиг. 1 металлизации областей эмиттера и базы представляют собой две встречнонаправленные, вложенные одна в другую гребенки. Штыри (фрагменты) гребенок контактируют через окна в защитном окисле (на фиг. 1 не показаны) с областями базы и эмиттера. Величина Δ складывается из удвоенного расстояния от центра фрагмента 3 до края контактного окна (2•σ/2 = σ), удвоенного расстояния от края контактного окна до края фрагмента металлизации 4(2•σ = 2σ), удвоенного расстояния от края фрагмента металлизации 4 до края фрагмента металлизации 9 (2σ) и ширины фрагмента металлизации 9, равной удвоенному расстоянию от края фрагмента до края контактного окна и ширине контактного окна, т.е. 3σ. Таким образом, Δ = 8σ, a минимальная ширина фрагмента металлизации 4 в месте контакта с балластным резистором 7, как и ширина металлизации 9, равна 3σ. Очевидно, во избежание пропуска контакта резистора 7 с металлизацией 4 ширина выемок 8 в местах контактов резистора 7 с металлизацией 4 должна быть меньше ширины фрагмента металлизации, т.е. 3σ. Выразив это расстояние через Δ, как более общий конструктивный параметр по сравнению с σ, получим 3Δ/8, а с небольшим запасом для обеспечения перекрытия резистора 7 с металлизацией 4-Δ/3.
Наличие в резистивном слое балластного резистора 7 выемок 8 дает возможность за счет варьирования геометрическими параметрами выемок (фиг.2) реализовать в широких пределах различные значения его сопротивления R без пропорционального изменения длины, площади и паразитной емкости резистора и необходимый закон распределения проводимости по ширине резистора ∑(Δxj) без обратно пропорционального изменения соответствующей средней длины участков резистора относительно некоторого минимального значения min{L(Δxj)}, приводящего к увеличению площади и паразитной емкости резистора. Это позволяет частично компенсировать связанное с наличием балластного резистора снижение Кр, а также уменьшить длину резистора, в том числе удовлетворив требованию условия (1), и тем самым уменьшить площадь транзисторной структуры без ухудшения ее энергетических характеристик.Despite the possible presence of gaps between the contacts of the sections of the
The presence in the resistive layer of the
ЛИТЕРАТУРА
1. Колесников В.Г. и др. Кремниевые планарные транзисторы. /Под ред. Я. А. Федотова. - М.: Сов. радио, 1973. - 336 с.LITERATURE
1. Kolesnikov V.G. and other silicon planar transistors. / Ed. Ya.A. Fedotova. - M .: Owls. Radio, 1973. - 336 p.
2. 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. 2. Design and production technology of high-power microwave transistors. /IN. I. Nikishin, B.K. Petrov, V.F. Synorov et al. - M.: Radio and Communications, 1989. - S. 106.
3. Там же, с.107 - прототип. 3. Ibid., P. 107 - prototype.
4. Там же, с.11-20, 30-38. 4. Ibid., Pp. 11-20, 30-38.
5. Там же, с.83. 5. Ibid., P. 83.
Claims (1)
а расстояние между смежными краями металлизации области эмиттера и металлизации площадки для присоединения эмиттерного проводника характеризуется некоторой функцией l(х), отличающаяся тем, что в балластном резисторе имеются выемки, ширина которых в местах контактов балластного резистора с металлизацией области эмиттера не превышает Δ/3, а максимальные и минимальные значения усредненных по участкам Δхj расстояний l(х):
где Max{∑(Δxj)}, min∑(Δxj)} - соответственно максимальное и минимальное значение функции ∑(Δxj, xj-1, xj - ближайшие друг к другу по ширине балластного резистора центры краев выемок, ближайших к краю металлизации области эмиттера, или в месте контакта балластного резистора с металлизацией области эмиттера.Powerful microwave transistor structure containing the collector, base and emitter regions with a minimum distance Δ between the centers of the fragments of the emitter region 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, averaged over the width Δx j = x j -x j-1 (x j ∈ [0; h], j∈ {1, 2, ..., N}; x 0 = 0; x N = h; h is the width of the ballast metallization edges of the emitter region) sections of the ballast resistor dividing resistor conductivity across its width σ (x), x∈ [0; h], characterized by some distribution law
and the distance between adjacent edges of the metallization of the emitter region and the metallization of the site for attaching the emitter conductor is characterized by some function l (x), characterized in that there are recesses in the ballast resistor whose width at the points of contact of the ballast resistor with metallization of the emitter region does not exceed Δ / 3, and the maximum and minimum values of the distances l (x) averaged over the sections Δx j :
where Max {∑ (Δx j )}, min∑ (Δx j )} are the maximum and minimum values of the function ∑ (Δx j , x j-1 , x j are the centers of the edges of the recesses closest to each other along the width of the ballast resistor to the metallization edge of the emitter region, or at the point of contact of the ballast resistor with the metallization of the emitter region.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002130079/28A RU2216070C1 (en) | 2002-11-10 | 2002-11-10 | Heavy-power microwave transistor structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002130079/28A RU2216070C1 (en) | 2002-11-10 | 2002-11-10 | Heavy-power microwave transistor structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2216070C1 true RU2216070C1 (en) | 2003-11-10 |
Family
ID=32028272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002130079/28A RU2216070C1 (en) | 2002-11-10 | 2002-11-10 | Heavy-power microwave transistor structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2216070C1 (en) |
-
2002
- 2002-11-10 RU RU2002130079/28A patent/RU2216070C1/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. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5025296A (en) | Center tapped FET | |
| US4107720A (en) | Overlay metallization multi-channel high frequency field effect transistor | |
| JP3657412B2 (en) | High frequency circuit | |
| JP2003522414A (en) | Bipolar transistor | |
| EP0736908A1 (en) | Bipolar transistor with ballast impedance | |
| US6081006A (en) | Reduced size field effect transistor | |
| JP3364404B2 (en) | Semiconductor input / output connection structure | |
| US3864727A (en) | Semiconductor device | |
| US4016643A (en) | Overlay metallization field effect transistor | |
| RU2216070C1 (en) | Heavy-power microwave transistor structure | |
| US8357979B2 (en) | Electronic device comprising a field effect transistor for high-frequency applications | |
| RU2216071C1 (en) | Heavy-power microwave transistor structure | |
| RU2216072C1 (en) | Heavy-power microwave transistor | |
| EP1618607B1 (en) | Semiconductor device comprising an ldmos field-effect transistor and method of operating the same | |
| RU2216073C1 (en) | Heavy-power microwave transistor | |
| RU2216069C1 (en) | Heavy-power microwave transistor structure | |
| JPH0249562B2 (en) | ||
| US6534857B1 (en) | Thermally balanced power transistor | |
| JPH0419705B2 (en) | ||
| RU2253923C1 (en) | Powerful uhf transistor structure | |
| RU2743673C1 (en) | Powerful hf- and microwave transistor structure | |
| RU2403651C1 (en) | High-power radio-frequency transistor | |
| JPH11260833A (en) | High output semiconductor device and its design method and semiconductor integrated circuit | |
| US5804867A (en) | Thermally balanced radio frequency power transistor | |
| JPS5915182B2 (en) | transistor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051111 |