МОЩНЫЙ ВЧ И СВЧ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ТРАНЗИСТОР
POWERFUL HIGH-FREQUENCY AND SUPER HIGH-FREQUENCY BROADBAND TRANSISTOR

Заявляемое изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных ВЧ и СВЧ полупроводниковых приборов.
Известен мощный ВЧ- и СВЧ-транзистор (Zoroglu D.S. Low Parasitic Microwave Package / D.S.Zoroglu. - US Patent 3784884, Int. C1. H01L 5/00; US C1. 317/234 R. - 8.06.74), содержащий ряд из N транзисторных ячеек, каждая из которых включает в себя две металлизированных площадки, на первую из которых через проволочный проводник подается потенциал входного электрода (эмиттерного в схеме с общей базой, электрода затвора в схеме с общим истоком и т.п.), а на вторую через проволочный проводник подается потенциал одного из двух оставшихся электродов, чаще - общего электрода (базового в схеме с общей базой и т.п.).
Недостатком такого транзистора является большая паразитная индуктивность проводников, соединяющих металлизированные площадки с соответствующими электродами корпуса, что приводит к снижению коэффициента усиления по мощности транзистора [1] и сужению его полосы частот [2].
Наиболее близким по совокупности признаков является мощный СВЧ-транзистор (Кожевников В.А. Мощные низковольтные СВЧ-транзисторы для подвижных средств связи / В.А.Кожевников, В.В.Асессоров, А.В.Асессоров, В.И.Дикарев // Радио. - 1999 - №11. - С.33-34), в котором первые металлизированные площадки транзисторных ячеек соединены с входным электродом корпуса проводящей лентой, а вторая проводящая лента соединяет вторые металлизированные площадки транзисторных ячеек с другим электродом корпуса. Проводящая лента представляет собой фольгу на полиимидной основе [3]. Это позволяет повысить коэффициент усиления по мощности транзистора за счет снижения паразитной индуктивности соединения вторых металлизированных площадок с электродом общего вывода и расширить полосу частот транзистора за счет уменьшения индуктивности первого звена его входной согласующей цепи, включающей в себя индуктивности соединений первых и вторых металлизированных площадок с соответствующими электродами корпуса транзистора. На краях проводящих лент вблизи мест их контактов с металлизированными площадками имеются выемки, что позволяет уменьшить паразитные емкости между проводящими лентами и активными областями транзисторного кристалла, а также обеспечить более надежное соединение проводящих лент с металлизированными площадками.
Совпадение резонансных частот входных цепей транзисторных ячеек препятствует достижению максимальной ширины полосы рабочих частот транзистора.
B
вх
О
вх
Реактивные элементы входной цепи какой-либо транзисторной ячейки из их общего количества N представляют собой последовательно соединенные индуктивности входного электрода L (индуктивность соединения первой металлизированной площадки с конденсатором входной согласующей LC-цепи C) и общего электрода L (индуктивность соединения шины общего электрода усилителя со второй металлизированной площадкой), а также емкость конденсатора входной согласующей LC-цепи C. В свою очередь,
В
ПЛ1
ВЭ
L=L+L,
ПЛ1
ВЭ
где L - индуктивность первой проводящей ленты, L - индуктивность входного электрода корпуса между местами соединений с первой проводящей лентой и конденсатором входной согласующей цепи;
О
ПЛ2
ОЭ
L=L+L,
ПЛ2
ОЭ
L - индуктивность второй проводящей ленты, L - индуктивность общего электрода корпуса между местами соединений со второй проводящей лентой и шиной нулевого потенциала усилительного каскада.
ПЛ1
ПЛ2
ОЭ
вх
Индуктивности L, L, L и емкость C являются общими для всех транзисторных ячеек, следовательно, резонансные частоты входных цепей всех ячеек равны:
В приближении равномерного распределения входной мощности по транзисторным ячейкам частотный коэффициент передачи мощности входной цепью транзистора может быть представлен как среднее арифметическое частотных коэффициентов передачи мощности входных цепей его отдельных ячеек [4]:
При совпадении резонансных частот входных цепей транзисторных ячеек результирующая резонансная кривая входной цепи транзистора будет иметь наименьшую ширину.
Заявляемое изобретение предназначено для создания дополнительных резонансных максимумов входных согласующих LC-звеньев транзисторных ячеек в полосе рабочих частот транзистора за счет изменения индуктивностей входных согласующих LC-звеньев отдельных транзисторных ячеек.
Технический результат - увеличение ширины полосы рабочих частот транзистора.
Технический результат решается тем, что в известном мощном ВЧ и СВЧ широкополосном транзисторе, содержащем ряд из N транзисторных ячеек, первые металлизированные площадки которых соединены первой проводящей лентой с входным электродом корпуса, а вторые металлизированные площадки соединены второй проводящей лентой с общим электродом корпуса, причем между местами соединения лент с металлизированными площадками в лентах имеются выемки, согласно изобретению длина или ширина хотя бы одной проводящей дорожки между выемками в хотя бы одной проводящей ленте отличаются от длин и ширин других проводящих дорожек между выемками, а индуктивности проводящих дорожек с отличающейся длиной и шириной между выемками от контакта с металлизированной площадкой до места соединения с проводящей лентой удовлетворяют условию:
n1
n2
min
вх
вх
ПЛ1
ПЛ2
ВЭ
ОЭ
ПЛ1
ПЛ2
ВЭ
ОЭ
где n=1, … k - номер транзисторной ячейки из общего количества 1≤k≤N транзисторных ячеек, металлизированные площадки которых контактируют с проводящими дорожками с отличными от других проводящих промежутков длинами или ширинами, L и L - соответственно индуктивности проводящих дорожек в первой и второй проводящих лентах, контактирующих с металлизированными площадками n-й транзисторной ячейки, f - нижняя граница полосы рабочих частот транзистора, Δf -ширина полосы рабочих частот транзистора, C - емкость конденсатора входной согласующей цепи транзистора; L=L+L+L+L; L и L - соответственно индуктивности первой и второй проводящих лент; L - индуктивность входного электрода корпуса между местами соединений с первой проводящей лентой и конденсатором входной согласующей цепи; L - индуктивность общего электрода корпуса между местами соединений со второй проводящей лентой и шиной нулевого потенциала усилительного каскада.
РСЦ
РСЦ
РСЦ
Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно увеличение ширины полосы рабочих частот транзистора, достигается за счет того, что придание индуктивностям входных согласующих LC-звеньев k транзисторных ячеек значений, отличных от индуктивностей LC-звеньев остальных N-k ячеек, за счет формирования в проводящих лентах дорожек с различными индуктивностями в соответствии с выражением (2) приводит к появлению дополнительных k максимумов частотной зависимости коэффициента передачи мощности К(f) входной согласующей цепи в диапазоне Δf рабочих частот транзистора, по одному на каждый из k поддиапазонов шириной Δf/k. В результате вид зависимости К(f) стремится к равноколебательному, что позволяет при заданной неравномерности К(f) в полосе Δf расширять полосу частот, увеличивая k.
На чертеже схематично показан заявляемый мощный ВЧ и СВЧ широкополосный транзистор.
Мощный ВЧ и СВЧ широкополосный транзистор состоит из проводящего основания корпуса 1, выполняющего в данном случае функцию общего электрода корпуса, с отверстиями 2 для крепления к теплоотводу, с расположенной на основании диэлектрической теплопроводящей подложкой 3 с участками металлизации 4, на которых размещены полупроводниковый кристалл 5, входной 6 и выходной 7 электроды, а также металлическая балка 8. На полупроводниковом кристалле 5 сформированы транзисторные ячейки 9, первые металлизированные площадки 10 которых соединены первой проводящей лентой 11 с входным электродом 6, а вторые металлизированные площадки 12 соединены второй проводящей лентой 13 с балкой 8, в свою очередь, соединенной с общим электродом 1 посредством металлизации 4. В проводящих лентах 11 и 13 вблизи мест их присоединения к металлизированным площадкам 10 и 12, входному электроду 6 и балке 8 сделаны выемки 14, причем у мест присоединения к отдельным металлизированным площадкам 10 и 12 ширина и длина выемок варьируются. Это приводит к тому, что проводящие дорожки 15 между выемками 14 у мест присоединения к металлизированным площадкам 10 и 12 различных транзисторных ячеек различаются своей длиной и шириной.
При работе мощного ВЧ и СВЧ широкополосного транзистора в составе каскада усиления мощности в составе входной цепи каждой из N транзисторных ячеек оказывается индуктивность:
вх n
n1
n2
ПЛ1
ПЛ2
ВЭ
ОЭ
L=L+L+L+L+L+L; n=1, …, N.
n1
n2
вх n
0
Индуктивности L и L некоторого количества k из N проводящих дорожек, образованных выемками различной длины и ширины в проводящих лентах вблизи мест присоединения лент к площадкам металлизации транзисторных ячеек, оказываются отличными одна от другой и от индуктивностей оставшихся N-k дорожек. Таким образом, индуктивности входных цепей L k транзисторных ячеек будут различаться между собой и от N-k одинаковых индуктивностей входных цепей транзисторных ячеек, что приведет к появлению в полосе рабочих частот транзистора k резонансных максимумов входных LC-звеньев транзисторных ячеек, не совпадающих с центральной частотой f, на которую приходится N-k резонансных максимумов входных LC-звеньев транзисторных ячеек.
0
РСЦ
0
РСЦ
0
Выполнение условий неравенства (2) исключает концентрацию дополнительных k резонансных максимумов в узком относительно ширины полосы рабочих частот Δf частотном интервале и обеспечивает формирование таких максимумов слева и справа от f. В итоге максимум частотной зависимости коэффициента передачи мощности входной согласующей цепью К(f) уменьшится, а функция К(f) будет меньше убывать с ростом |f-f|, что обеспечивает увеличение ширины полосы рабочих частот транзистора Δf.
Литература
1. Никишин В.И. Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов / В.И.Никишин, Б.К.Петров, В.Ф.Сыноров и др. - М.: Радио и связь, 1989. - С.18.
2. Там же, с.46.
3. Асессоров В.В. Бескорпусной СВЧ-транзистор на гибком носителе / В.В.Асессоров, А.В.Асессоров, С.А.Еремин // Тез. докл. IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники". - Таганрог, 1997. - С.75.
4. Булгаков О.М. Потери мощности во входных цепях оконечных каскадов широкополосных мощных СВЧ транзисторных радиопередатчиков / О.М.Булгаков // Радиотехника (Москва). - 2000. - №9. - С.79-82.