RU2763387C1 - Мощный СВЧ транзистор - Google Patents
Мощный СВЧ транзистор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763387C1 RU2763387C1 RU2021110218A RU2021110218A RU2763387C1 RU 2763387 C1 RU2763387 C1 RU 2763387C1 RU 2021110218 A RU2021110218 A RU 2021110218A RU 2021110218 A RU2021110218 A RU 2021110218A RU 2763387 C1 RU2763387 C1 RU 2763387C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- crystal
- contact pads
- output
- input
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике, в частности к конструкции мощных сверхвысокочастотных (СВЧ) транзисторов, и может быть использовано для создания на их основе приемо-передающей радиоэлектронной аппаратуры. Мощный СВЧ транзистор содержит керамический корпус с металлическим фланцем, полосковые входной и выходной выводы, расположенные на бортиках керамического корпуса, кристалл транзистора, соединительные проволочные проводники, соединяющие контактные площадки на кристалле транзистора с входными и выходными выводами, притом что металлический фланец выполняет функцию общего вывода транзистора. В качестве кристалла транзистора используют кристалл на основе гетероструктуры нитрида галлия с высокой подвижностью электронов на подложке из карбида кремния, при этом на кристалле транзистора размещают несколько транзисторных структур, количество которых определяется требуемой выходной мощностью транзистора. Контактные площадки затворов транзисторных структур соединены с помощью соединительных проволочных проводников с входным выводом, а контактные площадки стоков транзисторных структур - с выходным выводом, контактные площадки истоков транзисторных структур, расположенные с нижней стороны кристалла транзистора, соединены с металлическим фланцем с помощью пайки или электропроводящего клея. Изобретение обеспечивает возможность увеличения КПД мощного СВЧ транзистора. 2 ил.
Description
Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике, в частности, к конструкции мощных сверхвысокочастотных (СВЧ) транзисторов, и может быть использовано для создания на их основе приемопередающей радиоэлектронной аппаратуры.
Известен мощный СВЧ транзистор (1 - Патент РФ №2251175 «Мощный биполярный СВЧ транзистор», H01L 29/72, опубл. 27.04.2005 г.), включающий транзисторные кристаллы с транзисторными структурами, размещенные на металлическом фланце корпуса - коллекторном выводе, входной эмиттерный и выходной базовый выводы, соединенные проводниками с соответствующими электродами транзисторных структур. Базовые электроды транзисторных структур дополнительно соединены со стороны эмиттерного вывода через отрезок полосковой линии шириной W и разделительный конденсатор с коллекторным выводом, причем максимальное удаление hmax эмиттерных проводников от отрезка полосковой линии должно удовлетворять соотношению hmax ≤ 0,2 W.
Недостатком известного устройства являются большие размеры корпуса за счет установки в один корпус нескольких отдельных кристаллов транзисторов с параллельным включением, кристаллов согласующих конденсаторов и отрезков полосковых линий. Большие размеры корпуса ограничивают применение транзистора в современной аппаратуре.
Известен мощный СВЧ транзистор (2 - Патент РФ №2308120 «Мощный биполярный СВЧ транзистор», H01L 29/72, опубл. 10.10.2007 г.), включающий транзисторные кристаллы, расположенные на коллекторном электроде, по крайней мере, один разделительный конденсатор, расположенный на коллекторном электроде, соединенный проволоками с базовым электродом транзисторных кристаллов, по крайней мере один согласующий конденсатор во входной цепи транзистора, соединенный проволоками с эмиттерным электродом транзисторных кристаллов. Разделительный конденсатор соединен через индуктивность обратной связи с эмиттерным электродом транзисторных кристаллов или через индуктивность обратной связи с согласующим конденсатором во входной цепи транзистора.
Недостатками известного устройства является:
- большие размеры корпуса за счет установки в один корпус нескольких отдельных кристаллов транзисторов с параллельным включением, кристаллов согласующих конденсаторов. Большие размеры корпуса ограничивают применение транзистора в современной аппаратуре;
- значительное снижение КПД коллекторной цепи при увеличении рабочей частоты. Так, КПД снижается с 50% на частотах 1-1,5 ГГц [2] до 45% на частотах около 3 ГГц [3 - Кулиев М.В. Обзор современных GaN транзисторов и направления развития // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. Выпуск 2, 2017, с. 18-28].
Известен мощный СВЧ транзистор (4 - Патент РФ №2192692 «Мощный широкополосный ВЧ и СВЧ транзистор», H01L 29/72, опубл. 10.11.2001 г.), содержащий диэлектрическую подложку с электродами, на которой размещены транзисторные ячейки и конденсатор, первая обкладка которого соединена N проводниками с первыми активными областями транзисторных ячеек и входным электродом подложки, вторая обкладка конденсатора соединена со вторыми активными областями транзисторных ячеек и электродом нулевого потенциала подложки, а коллекторные области транзисторных ячеек соединены с коллекторным электродом подложки, отличающийся тем, что первая обкладка конденсатора разделена на m изолированных участков, в пределах каждого из которых располагаются n≥1 контактов проводников, соединяющих участок с первыми активными областями транзисторных ячеек, и соответствующее им количество контактов проводников, соединяющих участок с входным электродом подложки, а площади участков удовлетворяют условию
где d и ε - соответственно толщина и относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика под участком;
ε0≈8,85⋅10-12Ф/м - электрическая постоянная в СИ;
fвг, fнг - соответственно верхняя и нижняя границы полосы частот транзистора;
k=1, …, m;
Li - индуктивность соединения участка и i-й транзисторной ячейки из n, соединенных с данным участком; Lk', Rk' - соответственно индуктивность и сопротивление между контактами проводников, соединяющих k-й участок с транзисторными ячейками, и контактами проводников, соединяющих этот участок с входным электродом, Rвxli - активное входное сопротивление i-й транзисторной ячейки из n, соединенных с данным участком, причем отношение Rвxli/Lk является монотонно возрастающей функцией аргумента k.
Недостатком известного устройства являются большие размеры корпуса за счет установки в корпус транзистора рядом с диэлектрической подложкой с транзисторными ячейками согласующих конденсаторов. Большие размеры корпуса ограничивают применение транзистора в современной аппаратуре.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является мощный СВЧ транзистор (5 - Патент РФ №2615313 «Мощный СВЧ транзистор», H01L 29/73, опубл. 04.04.2017 г.), принятый в качестве прототипа, который содержит керамический корпус с металлическим фланцем, полосковые входной и выходной выводы корпуса на бортиках керамического корпуса, один или несколько параллельно включенных кристаллов транзистора, кристаллы конденсаторов внутренних согласующих цепей, несколько рядов соединительных проволочных проводников, соединяющих контактные площадки на кристаллах транзистора и кристаллах конденсаторов между собой и с входными и выходными выводами корпуса, при том, что фланец выполняет функцию общего вывода транзистора, а между каждым из пары в ряду основных соединительных проводников размещены экранирующие проводники, при этом внутри керамического корпуса размещена металлическая рамка с вертикальными стенками, снизу соединенная с фланцем корпуса, а сверху имеющая уровень несколько ниже уровня выводов корпуса для присоединения верхних концов упомянутых экранирующих проводников, нижние концы экранирующих проводников присоединены непосредственно к фланцу корпуса вблизи кристалла транзистора.
К недостаткам прототипа относятся:
- большие размеры корпуса за счет расположения двух рядов кристаллов согласующих конденсаторов между кристаллом транзистора и входными и выходными выводами корпуса. Так, размеры керамической части корпуса транзистора, который приводится в описании прототипа как аналог, составляют 13×9,8 мм, при этом она занимает площадь 127,4 мм2 (тип корпуса КТ-55). Большие размеры корпуса ограничивают применение транзистора в современной малогабаритной аппаратуре;
- низкий коэффициент полезного действия (КПД) прототипа. В описании прототипа приводится его аналог - кремниевый полевой транзистор типа 2П9109 АЕЯР.432150.622 ТУ, имеющий КПД в пределах от 40 до 45%, что ограничивает его применение в современной малогабаритной аппаратуре.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение размеров корпуса транзистора.
Для решения указанной технической проблемы предлагается мощный СВЧ транзистор, содержащий керамический корпус с металлическим фланцем, полосковые входной и выходной выводы, расположенные на бортиках керамического корпуса, кристалл транзистора, соединительные проволочные проводники, соединяющие контактные площадки на кристалле транзистора с входными и выходными выводами, при том, что металлический фланец выполняет функцию общего вывода транзистора.
Согласно изобретению, в качестве кристалла транзистора используют кристалл на основе гетероструктуры нитрида галлия (GaN) с высокой подвижностью электронов (НЕМТ) на подложке из карбида кремния (SiC-подложке), при этом на кристалле транзистора размещают несколько транзисторных структур, количество которых определяется требуемой выходной мощностью транзистора, контактные площадки затворов транзисторных структур соединены с помощью соединительных проволочных проводников с входным выводом, а контактные площадки стоков транзисторных структур - с выходным выводом, контактные площадки истоков транзисторных структур, расположенные с нижней стороны кристалла транзистора соединены с металлическим фланцем с помощью пайки или электропроводящего клея.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение КПД мощного СВЧ транзистора.
Проведенный сравнительный анализ заявленного изобретения и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:
- в предлагаемом изобретении использован кристалл транзистора на основе гетероструктуры GaN НЕМТ на SiC-подложке, обладающий более высокой плотностью мощности, чем кристалл кремниевого транзистора в прототипе. Это обеспечивает уменьшение размеров кристалла транзистора при той же мощности [6 - Гольцова М. Мощные GaN-транзисторы. Истинно революционная технология // Электроника НТВ. 2012, №4, с. 86-100] и позволяет уменьшить размеры керамической части корпуса в 2,17 раза до 58,7 мм2, по сравнению с керамической частью корпуса прототипа. Аналог, который приводится в описании прототипа, имеет размеры корпуса 13×9,8 мм (площадь 127,4 мм2);
- в предлагаемом изобретении проволочные проводники соединяют контактные площадки затворов транзисторных структур непосредственно с входным выводом корпуса, а контактные площадки стоков транзисторных структур непосредственно с выходным выводом корпуса, что обеспечивает уменьшение длины соединительных проводников не менее, чем на 30%, а также уменьшение их паразитного влияния между собой. В то время как в прототипе между кристаллом транзистора и входным и выходным выводами корпуса расположено по одному ряду кристаллов согласующих конденсаторов. При этом соединительные проволочные проводники между кристаллом транзистора и входными и выходными выводами корпуса из-за большого размера корпуса имеют избыточную длину и высокую паразитную взаимную индуктивность.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого мощного СВЧ транзистора из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На фиг. 1 приведена предложенная конструкция мощного СВЧ транзистора, вид сверху.
На фиг. 2 приведена предложенная конструкция мощного СВЧ транзистора, продольный разрез.
Конструкция мощного СВЧ транзистора, включает в себя (фиг. 1) керамический корпус 1, полосковые входной вывод 2 и выходной вывод 3, расположенные на бортиках керамического корпуса 1 и кристалл транзистора 4.
Кристалл транзистора 4 выполнен на основе гетероструктуры GaN НЕМТ на SiC-подложке, на нем размещают несколько транзисторных структур 5, количество которых определяется требуемой выходной мощностью транзистора. На фиг. 1 показан вариант кристалла транзистора 4 с шестью транзисторными структурами 5. Соединительные проволочные проводники 6 соединяют контактные площадки затворов 7 транзисторных структур 5 с входным выводом 2, а контактные площадки стоков 8 транзисторных структур 5 с выходным выводом 3.
Контактные площадки истоков транзисторных структур 5, расположенные с нижней стороны кристалла транзистора 4 (на фиг. 1 и фиг. 2 не показаны) соединены с металлическим фланцем 9 (фиг. 2) с помощью пайки или электропроводящего клея. При этом металлический фланец 9 выполняет функцию общего вывода транзистора.
Мощный СВЧ транзистор работает следующим образом. На входной вывод транзистора (затвор) и выходной вывод (сток) транзистора подаются необходимые напряжения смещения от внешних источников. При этом на вывод затвора - отрицательное, а на вывод стока - положительное относительно общего вывода (истока). На вывод затвора подается СВЧ сигнал, который усиливается транзистором и подается на его выход (между электродами стока и истока).
В предлагаемом изобретении кристалл транзистора 4 выполнен на основе гетероструктуры GaN НЕМТ на SiC-подложке, что обеспечивает получение более высокой плотности мощности кристалла, по сравнению с кристаллом кремниевого транзистора [6]. Это дает возможность уменьшения размеров кристалла транзистора при той же мощности и позволяет уменьшить размеры керамической части корпуса в 2,17 раза до 58,7 мм2, по сравнению с керамической частью корпуса транзистора, который приводится в описании прототипа как его аналог с размерами корпуса 13×9,8 мм (площадь 127,4 мм2). Уменьшение размеров корпуса транзистора позволяет уменьшить длину соединительных проволочных проводников не менее, чем на 30%.
В описании прототипа приводится его аналог - кремниевый полевой транзистор типа 2П9109 АЕЯР.432150.622 ТУ, имеющий КПД в пределах от 40 до 45%. В предлагаемом изобретении использование гетероструктуры GaN НЕМТ на SiC-подложке обеспечивает получение КПД не ниже 50%.
Работоспособность предлагаемого устройства была проверена на макете, испытания которого показали совпадение полученных характеристик с расчетными.
Claims (1)
- Мощный СВЧ транзистор, содержащий керамический корпус с металлическим фланцем, полосковые входной и выходной выводы, расположенные на бортиках керамического корпуса, кристалл транзистора, соединительные проволочные проводники, соединяющие контактные площадки на кристалле транзистора с входными и выходными выводами, притом что металлический фланец выполняет функцию общего вывода транзистора, отличающийся тем, что в качестве кристалла транзистора используют кристалл на основе гетероструктуры нитрида галлия с высокой подвижностью электронов на подложке из карбида кремния, при этом на кристалле транзистора размещают несколько транзисторных структур, количество которых определяется требуемой выходной мощностью транзистора, контактные площадки затворов транзисторных структур соединены с помощью соединительных проволочных проводников с входным выводом, а контактные площадки стоков транзисторных структур - с выходным выводом, контактные площадки истоков транзисторных структур, расположенные с нижней стороны кристалла транзистора, соединены с металлическим фланцем с помощью пайки или электропроводящего клея.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110218A RU2763387C1 (ru) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | Мощный СВЧ транзистор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110218A RU2763387C1 (ru) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | Мощный СВЧ транзистор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2763387C1 true RU2763387C1 (ru) | 2021-12-28 |
Family
ID=80039833
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021110218A RU2763387C1 (ru) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | Мощный СВЧ транзистор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2763387C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2054756C1 (ru) * | 1992-12-25 | 1996-02-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью НПО "Вариация" | Мощный свч-транзистор (варианты) |
RU2054755C1 (ru) * | 1992-12-25 | 1996-02-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью НПО "Вариация" | Мощный свч-транзистор (варианты) |
US6281574B1 (en) * | 1999-09-27 | 2001-08-28 | Raytheon Company | High power microwave transistor amplifier |
RU2192692C1 (ru) * | 2001-03-11 | 2002-11-10 | Воронежский государственный университет | Мощный широкополосный вч и свч транзистор |
RU2615313C1 (ru) * | 2015-11-05 | 2017-04-04 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Мощный свч-транзистор |
-
2021
- 2021-04-12 RU RU2021110218A patent/RU2763387C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2054756C1 (ru) * | 1992-12-25 | 1996-02-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью НПО "Вариация" | Мощный свч-транзистор (варианты) |
RU2054755C1 (ru) * | 1992-12-25 | 1996-02-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью НПО "Вариация" | Мощный свч-транзистор (варианты) |
US6281574B1 (en) * | 1999-09-27 | 2001-08-28 | Raytheon Company | High power microwave transistor amplifier |
RU2192692C1 (ru) * | 2001-03-11 | 2002-11-10 | Воронежский государственный университет | Мощный широкополосный вч и свч транзистор |
RU2615313C1 (ru) * | 2015-11-05 | 2017-04-04 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Мощный свч-транзистор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6707102B2 (en) | Semiconductor device including an insulated gate type field effect transistor and method for fabricating the same | |
US7851832B2 (en) | Semiconductor device | |
KR102632903B1 (ko) | 트랜지스터 레벨 입력 및 출력 고조파 종단들 | |
US9666569B2 (en) | Switch circuit of cascode type having high speed switching performance | |
ATE350767T1 (de) | Leistungstransistoranordnung höher frequenz | |
US11588448B2 (en) | Radio frequency transistor amplifiers having leadframes with integrated shunt inductors and/or direct current voltage source inputs | |
US7019362B2 (en) | Power MOSFET with reduced dgate resistance | |
US4298846A (en) | Semiconductor device | |
RU2763387C1 (ru) | Мощный СВЧ транзистор | |
US20150349070A1 (en) | Semiconductor device | |
US4975659A (en) | Amplifier package using vertical power transistors with ungrounded common terminals | |
RU2393589C1 (ru) | Мощный свч полевой транзистор с барьером шотки | |
US20080277698A1 (en) | Field effect transistor | |
CN116420217A (zh) | 晶体管 | |
RU2654970C1 (ru) | Интегральная схема СВЧ | |
US11750089B2 (en) | Power converter for high power density | |
US12046594B1 (en) | Monolithically integrated GaN-based half-bridge circuit and half-bridge circuit | |
US7795716B2 (en) | RF transistor output impedance technique for improved efficiency, output power, and bandwidth | |
US20240113051A1 (en) | Wide bandgap transistor layout with drain on outer edge | |
US20240128368A1 (en) | RF Power Transistor Having Off-Axis Layout | |
US11784613B2 (en) | High output power density radio frequency transistor amplifiers in flat no-lead overmold packages | |
RU208209U1 (ru) | Конструкция мощного биполярного свч транзистора | |
US20220392857A1 (en) | Packaged transistor amplifiers that include integrated passive device matching structures having distributed shunt inductances | |
Igi et al. | Internally matched (IM) plated source bridge (PSB) power GaAs FET achieving a high performance power amplifier in X-band | |
RU2227946C1 (ru) | Мощный свч-транзистор |