DE2044975B2 - Halbleiteranordnung mit verminderter Zuleitungsinduktivität - Google Patents

Description

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Hochfrequenzleistungstransistoren werden bei Verwendung in Verstärkerächahungen sehr oft in Emitterschaltung betrieben. Werden Transistoren in Emitterschaltung betrieben, dann ergibt sich eine Emitterzuleitungsinduktivität L* welche sowohl dem Eingangs- als auch dem Ausgangskreis gemeinsam ist Diese Induktili i ni

Versiändlicherweise würde sich diese gemeinsame Zuleitungsinduktivität in Serie zum Basiskontaktfleck von Transistoren finden, die in Basisschaltung verwendet werden. Solche Transistoren werden häufig in Hochfrequenz-Eingangskreisen von Empfängern verwendet Diese gemeinsame Zuleitungsinduktivität würde in Kollektorschaltung verwendete Transistoren für Hochfrequenzemitterfolger ebenfalls betreffen, d. h. Anwendungen als Trennverstärkertransistor. Während der Erfindungsgedanke selbstverständlich die Neutralisierung der sowohl Eingangs- als auch Ausgangskreisen gemeinsamen Zuleitungsinduktivität für den Betrieb in Emitter-, Basis- und Kollektorschaltung betrifft, wird zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung die Beschreibung durch ein Ausführungsbeispiel auf die gemeinsam dem Eingangs- und Ausgangskreis einer Emitterschaltung gemeinsamen Emitterzuleitungsinduktivität beschränkt

Das auf einer übermäßigen Zuleitungsinduktivität beruhende Hauptproblem besteht darin, daß die Hochfrequenzleistung des Bauelements aufgrund der starken Zunahme der Impedanz der Zr'eitungsinduktivität bei hohen Frequenzen wesentlich beeinträchtigt wird.

Der nutzbare Arbeitsbereich eines Verstärkers wird allgemein unter Bedingungen einer relativ konstanten Verstärkung über eine spezifische Betriebsfrequenz beschrieben. Nach einem nützlichen anwendbaren Näherungskriterium wird die Verstärkung nicht wesentlich beeinträchtigt, solange die folgende Beziehung erfüllt ist:

vität liegt im alÜgi

in dem Draht der den

me ZuleitungsmdukthrHit lediglich innerhalb des Gehäuses. In manchen Pillen bilden mh einem Kontaktfleck auf dem Svbstrat »rbene und sich zu Gehäuseteilen erecende Drahte zumindest teilweise eine gemeinsame Zulatengsmduktivitit

2.7 /L₁. <

wo / die Betriebsfrequenz und R,„ der Transistoreingangswiderstand bedeuten.

Eine weitere bei Transistorverstärlcerschaltungen nützliche Beziehung, die in Form der Grundeigenschaften von Silicium herleitbar ist lautet

PG- R,„- f- - 20

wo

P die Verstärkerausgangsleistung in Watt G die Leistungsverstärkung, R_m der Eingangswiderstand in Ohm und / die Betriebsfrequenz in GHz bedeuten.

Durch die Kombination von Gleichungen 1 und 2 und Auflösung nach L_c findet man

~ P-G-p

Emitterkontaktfleck auf dem pUttcbenförmigen Sub- wo strat des Transistors mh dem gemeinsamen Schaltungspunkt verbindet liegt der gemeinsame Schaltungspunkt außerhalb des Gehäuses, so wird U die Induktivität der Durcnführungsleitung durch das Gehause einschließea Für du Streifenleitungsgehäuse nach dem USA-Patent 3387 190 erstreckt sich die für die Eingangs- und Agaeisc gemeinsam wirksa-

Lt in Nanohenry, P in Watt und

/ in GHz eingesetzt wird.

Ist nach einem ersten Beispiel P- 20 Watt G=4 und /-0,5 GHz, so muß L_c weniger als OM nHy sein. Ist nach einem zweiten Beispiel P=IO Watt C=4 und /— 2 GHz, so muß L, weniger als 0,01 nHy betragen.

Die Induktivität L eines Drahtstückes bei Verwendung zum Verbinden des Einitterkontaktflecks mit einem anderen Teil der Schaltung oder des Gehäuses

wäre durch folgende allgemein bekannte Beziehung gegeben:

L = 2/

IrW -) -I

nH>

(4)

wo /die Länge des Drahtes in cm und rder Drahtradius in cm bedeuten.

Für einen Draht mit einem Radius von 0,01 cm und einer Länge von 0,1 cm würde diese Induktivität in L = 0,4 η Hy betragen.

Wird ein Stück eines festen Bandes der Länge /und Breite ivanstelle des Drahtes verwendet, so würde unter der Voraussetzung, daß w größer ist als /, dieses Band die Induktivität 1ί

4/'

nH\

(5)

aufweisen.

Ist /=0,1 cm, w=0,5cm und somit L=0,08nHy, so können wir erkennen, daß die vom Draht und dem Band erreichten Induktivitätswerte größer als die bei dem obengenannten zweiten Ausführungsbeispiel annehmbaren sind, wonach L₁. kleiner als 0,01 nHy sein soll.

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei hochfrequenten Anwendungen ungünstige Wirkung der für den Eingangskreis und den Ausgangskreis gemeinsamen Zuleitungsinduktivität auf ein Mindestmaß zu bringen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung erreicht.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das aktive Halbleiterbauelement eine Emitter-, eine Basis- und eine Kollektorzone auf und ist der Impedanzwandler nv: der Basiselektrode und der Emitterelektrode verbunden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Impedanzwandler einen Transformator mit einer Primär- und Sekundärwicklung, wobei die Sekundärwicklung mit der Basis- und Emitterelektrode und die Primärwicklung mit Kontaktflecken als Eingangsanschlüsse des Bauelements auf der Substratoberfläche verbunden sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Impedanzwandler einer in Form von Schichten auf der Substratoberfläche angeordneten Induktivität und Kapazität, wobei ein Anschluß der Induktivität mit der Basiselektrode, ein Anschluß der Kapazität mit der Emitterelektrode und der andere Anschluß der Induktivität mit dem anderen Anschluß der Kapazität verbunden sind

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Impedanzwandler einen Transformator mit einer Primär- und Sekundärwicklung, wobei die Primärwicklung zur Erzielung von Eingangsanschlüssen für das Bauelement mit Kontaktflecken auf dem Substrat gekoppelt ist, ein Anschluß der Primärwicklung mit einem Anschluß der Sekundärwicklung verbunden ist, ein Anschluß eines auf dem Substrat angeordneten Kondensators mit der Emitterelektrode, der andere Anschluß des Kondensators mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung und der andere Anschluß der Sekundärwicklung mit der Basiselektrode verbunden sind.

60 Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert in der die

F i g. 1 das Ersatzschaltbild eines herkömmlichen Transistors mit einer sowohl dem Eingangs- als auch dem Ausgangs-Kreis gemeinsamen Emitterzuleitungsinduktivität, die

F i g. 2 eine Ausfflhrungsform nach der Erfindung mit einem mit der Substratoberfläche des Bauelements verbundenen Dünnschichttransformator, die

Fig.3 ein Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß der Fig. 2,die

F i g. 4 eine Aufsicht de', Impedanzwandlers gemäß der Fig. 2,die

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung, die

F i g. 6 eine Weiterbildung der Ausführungsform gemäß der Fig. 2 nach der Erfindung mit einem zwischen der Sekundärwicklung und dem Emitterkontaktfleck eingefügten Sperrkondensator, die

F i g. 7 das Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß der F i g. 6, die

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung mit einem LC-Netzwerk als Impedanzwandler, die

F i g. 9 eine Aufsicht des Impedanzwandlers gemäß der F i g. 8, die

F i g. 10 -ias Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß der Fig. 8,die

F i g. 11 das passive Ersatzschaltbild innerhalb des Kastens £der F i g. 10, die

Fig. 12 das angenäherte Ersatzschaltbild des innerhalb des Kastens Fder Fig. 11 enthaltenen Netzwerks bedeuten und die

F i g. 13 die F i g. 12 mit zusätzlicher Parallelschaltung eines Kondensators zeigt

Die F i g. 1 zeigt das Ersatzschaltbild eines herkömmlichen Transistors 1, der eine Zuleitungsinduktivität 2 (L_c) in Reihe mit dem Emitter und gemeinsam sowohl dem Eingangs- als auch dem Ausgangskreis aufweist. Das Eingangssignal wird an die Anschlüsse A bzw. B angelegt und das Ausgangssignal über C bzw. D abgenommen.

Die gemeinsame Zuleitungsinduktivität L_e kann durch Einfügung eines geeigneten Impedanzwandlers auf einem das Halbleiterbauelement enthaltenen Substrat gemäß der Fig.2 vermindert werden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 2 wird ein Hochfrequenztransistor innerhalb des Substrate 3 gebildet. Das Substrat 3 kann beispielsweise η-leitend sein und als Kollektorzone für das Bauelement dienen. Innerhalb ^A ss Substrats 3 kann eine Basiszone 4 von entgegengesetztem Leitungstyp und innerhalb der Basiszone eine Emitterzone 5 vom Leitungstyp des Substrats hergestellt werden. Beispielsweise können die Kollektor- und Emitter-Zone vom n-Leitungstyp und die Basiszone 4 p-leitend sein. Die Basiszone 4 bildet mit der Kollektorzone, d. h. mit dem Substrat 3, einen sich zur Oberfläche des Bauelements erstreckenden pn-Übergang. Ebenso bildet die Emitterzone 5 mit der Basiszone 4 einen sich ebenfalls zur Oberfläche des Bauelements erstreckenden pn-übergang. Das innerhalb des Substrats 3 hergestellte Bauelement wird unter Anwendung herkömmlicher Verfahren der Photolithographie, der Maskierung und der Diffusion hergestellt Die erste isolierschicht β kann aus thermisch gewachsenem Siliciumoxid bestehen oder eine untere Anwendung herkömmlicher Hochfrequenz-Glinunentladungsverfahren hergestellte SiDchimnirridschicht sein. Diese

erste Isolierschicht 6 an der Substratoberfläche wird zur Passivierung und zum Schutz derjenigen Teile der pn-Übergänge verwendet, die sich zur Substratoberfläche erstrecken. Diese Passivierungsschicht weist unter Freilegung von Teilen der Emitter- bzw. Basiszone hergstellte Löcher auf. Die Emitterelektrode 7 und die Basiselektrode 6 können unter Anwendung herkömmlicher Verfahren der Photolithographic!, des Maskierens und Aufdampfens oder Bespriihens hergestellt werden.

Der Impedanzwandler, der mit der Substratoberfläehe verbunden ist, besteht aus einem darauf derart gestalteten Schichtentransformator, daß die Zuleitungsinduktivität L,. außerhalb der Emitterelektrode nicht mehr sowohl dem Eingangs- als auch Ausgangskreis gemeinsam ist. Somit ist ihre Wirkung auf die Verstärkung des Transistors bei Verwendung als Verstärker bei hohen Frequenzen vermindert.

Die F i g. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild der Halbleiteranordnung gemäß der F i g. 2. Die Primärwicklung 9 dieser Halbleiteranordnung wird mit Kontaktflecken auf der Substratoberfläche, die den Anschlüssen A bzw. C des Schichtentransformators entsprechen, verbunden. Die Primärwicklung besteht aus η Windungen. Die Sekundärwicklung 10 des Transformators kann zum Zwecke der Dimensionierung eine einzige Windung aufweisen. Die Sekundärwindung selbst wird unmittelbar mit der Basis- und der Emitterelektrode verbunden. Somit wird die Zuleitungsinduktivität 11, die sowohl dem Eingangsais auch Ausgangskreis gemeinsam sein wird (diese Induktivität soll durch L'_e bezeichnet werden), auf die zwischen der Emitterelektrode und der Emitterzone vorhandenen Induktivität beschränkt sein. Offensichtlich wird somit die dem Eingang als auch dem Ausgang der Halbleiteranordnung gemeinsame Zuleitungsinduktivität viel kleiner als der für gutes Hochfrequenzverhaiten zulässige kritische Maximalwert der Zuleitungsinduktivität sein, wie er anhand des ersten und zweiten Ausfiihrungsbeispiels einleitend berechnet wurde. Ferner wird der sehr geringe Eingangswiderstand des Transistors von der Sekundärwicklung auf die Primärwicklung des Transistors übertragen und erscheint als H¹Ri_n an den Anschlüssen A und B, wodurch die Eirigängskreisveriuste stark vermindert werden. Der Ausgang der Halbleiteranordnung lieg) an C und D und kann innerhalb oder außerhalb des endgültigen Gehäuses der Halbleiteranordnung liegen. Die Induktivität 2 (L_c), die außerhalb der Emitterelektrode liegt, ist nicht mehr sowohl dem Eingangs- als auch dem Ausgangskreis gemeinsam.

Der auf der Substratoberfläche gemäß der F i g. 2 angeordnete Schichtentransformator, dessen Aufsicht in Fig.4 gezeigt wird, kann durch herkömmliche Verfahren des Aufdampfens oder Besprühens durch geeignete Masken hergestellt werden.. Bei der Halbleiteranordnung gemäß der F i g. 2 können die unteren Teile 12a der Primärwicklung 9 auf jenem Teil der ersten Isolierschicht 6 zwischen der Emitter- und Basiselektrode aufgedampft oder gedruckt werden. Die Primärwicklung 9 besteht aus einem geeigneten Leitermaterial wie Aluminium, Platin oder Kupfer. Der untere Kernteil 13a kann danach auf die unteren Teile der Primärwicklung durch Sprühen, Sintern oder irgendeine andere geeigente Technik hergestellt werden. Dieses Material müßte ein Material mit relativ hoher Permeabilität sein, wie Mangan-Zink-Ferrit der Formel MnO₂+FeZO₃+ZnO₂. Dieses Material hat eine hohe Dielektrizitätskonstante K von etwa 10 000 und einen hohen Isolationswiderstand, so daß die an diesen

Kernteil anliegenden Teile der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators keine Isolation erfordern. Nachdem der untere Kernteil 13a derartig hergestellt worden ist, wird der obere Teil 126 der Primärwicklung 9 auf die obere Oberfläche des unteren Kernteiles 13a unter Anwendung herkömmlicher Verfahren des Aufdampfens oder Drückens aufgebracht. Der Teil der Primärwicklung 9 erstreckt sich um die Kanten des unteren Kernteils 13a, so daß an den unteren Teil 12a der Primärwicklung anschließt, wodurch die den unteren Kernteil 13a umgebenden Primärwicklung 9 vervollständigt ist. Die Anschlußenden der Primärwicklung erstrecken sich gemäß der Fig.4 über den Kern hinaus zu Kontaktflecken 14 und 15 auf dem Substrat. Die Kontaktflecken würden den Eingängen A und ß, wie in F i g. 3 angedeutet, entsprechen. Auf dem oberen Teil 126 der Primärwicklung wird dann eine zweite Isolierschicht 30, welche sich hinab bis zur ersten isolierschicht b erstreckt, aufgebracht. Diese zweite Isolierschicht 30 kann aus einem Oxid oder Nitrid des Siliciums bestehen und unter Anwendung herkömmlicher Verfahren des Maskierens und der Photolithographie aufgebracht werden. Danach kann die Sekundärwicklung 10, die sich zur Emitterelektrode 7 und die Basiselektrode 8 erstreckt, auf die zweite Isolierschicht 30 aufgedampft werden. Diese Sekundärwicklung 10 wird selbstverständlich aus einem Material hoher Leitfähigkeit wie Aluminium oder Kupfer bestehen und kann aus einer einzigen Windung oder Bahn bestehen. Der obere Kernteil 136 kann dann auf die Sekundärwicklung 10 (durch Aufsprühen, Sintern oder ein anderes geeigentes Verfahren) um die Kanten der gesamten Schichtenfolge derartig aufgebracht werden, daß er sich um die Kanten der gesamten Schichtenfolge bis an den unteren Kernteil 13a erstreckt, wodurch sich ein geschlossener magnetischer Flußpfad für die Primär- und Sekundärwicklung bildet In der Fig.4 ist der magnetische Kern 13 mit der Primärwicklung 9 und der Sekundärwicklung 10 dargestellt.

Die Fig.5 zeigt eine Alternative zur Ausführungsform der Fig.2, wobei die Sekundärwicklung 10 auf einem unteren Kernteil 13a und die Primärwicklung 9 über einem oberen Kernteii 136 hergestellt worden ist.

Die F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform ähnlich der in F i g. 2 gezeigten mit der Ausnahme, daß ein Dünnschichtkondensator zwischen einem Anschluß der Sekundärwindung und der Emitterelektrode hergestellt wurde. Dies wird erreicht durch Aufdampfen einer geeigneten Elektrode 16, etwa aus Platin oder Aluminium, die sich über die Emitterelektrode hinaus auf einem Teil der ersten Isolierschicht 6 erstreckt. Danach könnte unter Reaktion ein dielektrisches Material 17, wie Tantaloxid, auf einen Teil der Elektrode 16 gesprüht werden. Anstelle von Tantaloxid kann auch ein Aluminiumoxid-Dielektrikum, entweder unter Reaktion oder durch Hochfrequenzzerstäubung, oder Siliciumoxid aufgedampft werden. Die Sekundärwicklung 10 könnte sich dann, statt unmittelbar die Emitterelektrode zu kontaktieren, auf der dielektrischen Schicht 17 erstrecken, wenn sie wie vorstehend beschrieben gebildet wird. Jener Teil der Sekundärwicklung, der auf der dielektrischen Schicht 17 liegt, könnte dann als andere Elektrode 18 des Dünnschichtkondensators dienen. Die wirksame Kapazität C des so hergestellten Kondensators wäre durch die Beziehung

(6)

gegeben, wo

K die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen

Schicht,
A die von den Kondensatorelektroden 16 und 118

gemeinsam eingenommene Fläche und
d die Dicke der dielektrischen Schicht bedeuten.

Der einzige Unterschied zwischen dieser Ausführungsform gemäß der Fig.6 und der in Fig.2 skizzierten besteht darin, daß sich ein Ende der Primärwicklung bis an dasjenige Ende der Sekundärwicklung erstrecken kann, welches als Elektrode 18 des somit gebildeten Kondensators dient. Die F i g. 7 bedeutet ein Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß der Fig.6 mit dem Dünnschichtkondensator 20. Diese Ausführungsform hat den Vorteil gegenüber der Ausführungsform gemäß den F i g. 2, 3 und 5, daß eine ΟΐείΐΊΓνυι5μαιΐιιϋιΐ|£ uci uaSiS

telbar an die Eingangsklemmen A und B aufgrund der gemeinsamen Gleichstromverbindung zwischen den betreffenden Primär- und Sekundärwicklungen 9 und 10 angelegt werden kann. Der Kondensator 20 dient dann dazu, daß eine Gleichvorspannung der Basis unmittelbar an den Eingangskreis angelegt werden kann, während der Emitter vom Eingangskreis direkt isoliert ist.

Die Fig.8 zeigt eine Alternativform eines mit der Substratoberfläche verbundenen Impedanzwandlers. Anstelle eines Schichttransformators der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen macht diese Ausführungsform gerade von einem mit den Transistor gekoppelten LC-Netzwerk Gebrauch. Ein Dünnschichtkondensator mit einer ersten Elektrode 21, einer dielektrischen Schicht 22 und einer zweiten Elektrode 23 wird auf der Emitterelektrode 7 unter Anwendung der gleichen oder ähnlichen Technik, wie bei der Herstellung des Kondensators 20 der F i g. 7 auf der entsprechenden Emitterelektrode der F i g. 6 beschrieben wurde, hergestellt. Die Aufbringung der Elektrode 23 auf das Dielektrikum 22 kann jedoch in Form eines massiven Streifens oder einer Schicht erfolgen, die sich auf der ersten Isolierschicht 6 soweit erstreckt, daß sie die Basiselektrode 8 deckt und berührt. Die Fig. IG, welche das Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß der F ι g. 8 ist, zeigt den Streifenleiter 24 mit einem unmittelbar mit der Basiselektrode verbundenen Ende und dem mit einer Elektode des Kondensators 25 verbundenen anderen Ende. Die wirksame Induktivität des Streifenleiters 24 ist durch jenen Teil gegeben, der sich zwischen der Emitter- und der Basiselektrode über eine Strecke L gemäß der F i g. 9 erstreckt In diesem induktiven Teil des Streifenleiters 24 können unter Anwendung herkömmlicher Verfahren des Maskierens, der Photolithographie und des Ätzens Offnungen 26' hergestellt werden. Die Herstellung dieser Offnungen dient zum Zweck der endgültigen Festlegung des Endwertes der Induktivität des Streifenleiters 24. Wie bereits erwähnt, kann der Streifenleiter 24 durch Aufdampfen eines geeigenten Leitungsmaterials, wie Aluminium, Kupfer oder Platin, hergestellt werden.

Die F i g. 10 zeigt wiederum die innere Induktivität 11 (L'e) zwischen der Emitterelektrode und der Emitterzo-

ne. Sie ist vernachlässigbar. Der Streifenleiter 2 außerhalb des Eiuitterkontaktflecken ist sowohl dem Eingangs- als auch dem Ausgangskreis dieser Ausführungsform gemeinsam. Aufgrund der Impedanztransformation der Ersatzschaltung innerhalb des Blocks E der Fig. 10 gemäß der Fig. 11 kann die zulässige Induktivität Le des Streifenleiters 2 aufgrund folgenden Sachverhalts wesentlich größer veranschlagt werden. Das durch die öffnung 26' geschaffene induktive Element 26 vereinigt die Induktivitäten des Streifenleiters 24 und die Induktivität 11. Der Widerstand 27 ist der am Eingang des Transistors 1 wirksame Widerstand, gesehen vom Anschluß A in Fig. 10. Der Kondensator 25 ist der gleiche wie in F i g. 10 gezeichnet.

Die folgende Berechnung soll durchgeführt werden, um zu zeigen, daß die Serienkombination der Induktivität 26 und des Widerstandes 27 äquivalent einer Parallelkombination einer Induktivität 28 und eines

GcS ϊ Γαϊΐ3ί3ΐΟΓ3 ■ ΐΐΠιιιΐΐ-

gemaü scr

r:g.

Induktivität 28 und der Widerstand 29 noch parallel zum Kondensator 25 liegen würden. Unter der Annahme des absoluten Wertes des Leitwertes |V„| über die Punkte xx', wie die Fig. 11 zeigt, haben wir folgende Beziehung:

>vv

R,„

in der /?,„ der durch den Widerstand 27 in F i g. 11 gezeichnete Eingangswiderstand des Tansistors,

L der Induktivitätswert des Streifenleiters 26 und
ω Betriebskreisfrequenz pro Sekunde bedeuten.

Die Multiplikation des Zählers und des Nenners mit Ri„-j(uL ergibt

_v _ R,„ - /.- L
"' ~ Ri„ - I'·. L)-

Da der Gütefaktor Q der Schallung gleich

ist, ereibt sich

Daher ist

Rl

)¹ = R]_n ρ².

Iy I- ^R

I_1n-JmL

ÜTd-β²)

Wir nehmen an, daß Q²>\, falls Q²>,\0 und daß Q² größer als 10 für obige Schaltung ist Dann ist (1 -<?)=»- <?. Daher wird

y«. I =

I ι

j L

-RlQ¹

j ··> L

Es folgt

Die Bandbreite um /0, über die der Impedanzanstieg wirksam ist, ist gegeben durch

B -- ■'" (II)

Somit wird klar, daß der absohlte Wert des Leitwertes Ober xx'm der Schaltung gemäß der F i g. 11 tatsächlich äquivalent dem der Paralklkombmation des Leitwertes des Widerstandes 29, der gleich Q⁷R,,, ist, plus dem Leitwert des Streifenleiters 28, der gleich ist dem des Streifenleiters 27 der F ig. 11, wird.

Wird nun gemäß der Fig. 13 der Schaltkreis der F i g. J 2 parallel mit dem Kondensator 25 angeordnet, so ist die Resonanzfrequenz der Parallelkombination des Streifenleiters 28 mit dem Kondensator 25 gegeben durch

2i\LC

wo L die Induktivität des Streifenleiters 28 und C die Kapazität des Kondensators 25 bedeuten.

Bei dieser Resonanzfrequenz würde der Wert der Impedanz an yy" der Fig. 13 gleich sein dem Widerstandswert des Widerstandes 29, der gleich Q ²R_in ist, da die Impedanz des Pz'allel-Le-Kreises gegen unendlich geht Bei dieser Resonanzfrequenz f₀ haben wir daher tatsächlich einen effektiven ohmschen Impedanzanstieg von etwa

(10)

Wäre ein Impedanzanstieg von wenigstens 25

erwünscht, dann ist Q» 5. Für das einleitend beschriebe·

in ne Beispiel 2 mit /?,„=0,125 Ohm ergibt sich £. = 0,05 nHy bei einer Frequenz von f-2GHz unter Verwendung von Gleichung 10.

Für L=0,05nHy und einer Resonanzfrequenz von /O = 2 GHz ergab sich C= 130 pF unter Verwendung von ii Gleichung 9.

Unter Verwendung von Gleichung 11 ergibt sich eine Bandbreite von ß=400 MH/ für A₀ = 2 GHz und Q= 5.

Für den schichtförmigen Streifenleiter 24 ist dieser Wert v(jn 0,05 »H" für L !eidlich erzieibar. Auch is! der jo Kapazitätswert von C= 13OpF des Schichtkondensators 25 leicht erreichbar. Wir können somit eine wesentliche 25fache Impedanztransformation über einen Frequenzbereich von 400 MHz bei einer mittleren Frequenz von 2 GHz erzielen. Das 25fache des im j"> Beispiel 2 berechneten kritischen Wertes oder

Le= 0,25 nHy

kann daher als Wert L_c der sowohl für den Eingangs- als auch Ausgangskreis gemeinsamen Zuleitungsinduktiviso tat 2 bei höheren kritischen Frequenzen geduldet werden.

Ein Wert von weniger als 0,25 nHy kann leicht für

Streifenleitungsgehäuse erreicht werden, was eine verbesserte Hochfrequenz- Hochleistungs-Transistor-

r> anwendung für Bauelemente mit Z-C-Impedanzwandlern gemäß den F i g. 8 bis 10 verbessert.

Hicr/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit einem in einem Substrat angeordneten aktiven Halbleiterbanielement, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Wirkung der Zuleitungsinduktivität einer für den Eingangs- und Ausgangskrei» des Halbleiterbauelements gemeinsamen Zuleitung ein Impedanzwandler mit der Substratoberfläche ver- |₀ bunden ist

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler mil: der Basiselektrode (8) und mit der Emitterelektrode (7) eines Halbleiterbauelements mit Emitter-, Basis- und KoUektorzone verbunden ist

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler min der Basis (4) und mit dem Emitter (5) eines Halbleiterbauelements verbunden ist, dessen Basiszone (4]| von einer Subsf^atoberflächenseite in das Substrat als KoUektorzone (3) und dessen Emitterzone (5) Li die Basiszone (4) eingesetzt ist

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement ein Hochfrequenz-Hochleistungs-Transistor ist

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Substratoberflächeiiisei te eine erste Isolierschicht (6) gebildet ist

6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler einen Transformator mit einer Primär- (9) und einer Sekundärwicklung (10) enihält, daß die Sekundärwicklung (10) -nit der Basis- und Emitterelektrode (8 rsp. 7) und die Primärwicklung mit Eingangsanschlüssen in Form von Kontaktflekken (14,15) auf der Substratoberfläche verbunden sind.

7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Primärwicklung (9) des Transformators einen oberen (12b) und einen auf der erste*) Isolierschicht (6) angeordneten unteren Teil (\2a) aufweist, daß der Kern (13) des Transformators aus ferromagnetischem Material mit hohem Isolationswiderstand und hoher magnetischer Permeabilität mit einem Schlitz versehen ist und einen oberen und unteren Teil (136 rsp. IZa) aufweist, von denen der untere Kernteil (i3a) auf dem unteren Primärwick- so lungsteil (12aJ der obere Primärwicklungsteil (\2b) innerhalb des Ksrnschlitzes und auf dem unteren Kernteil angrenzend an den unteren Primärwicklungsteil angeordnet ist,

daß eine zweite Isolierschicht (30) innerhalb des 5s Kernschlitzes Ober den oberen Primärwicklungsteil (\2b) angrenzend an die erste Isolierschicht an· geordnet ist,

daß die Sekundärwicklung (10) des Transformators innerhalb des Kernschlitzes auf der zweiten w> Isolierschicht (30) angeordnet ist, und daß der obere Kernteil (i3b) auf der Sekundärwicklung (10) angebracht ist

8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundär« icklung des Transformators aus Leitbahnen bestehen.

9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (10) eine Windung und die Primärwicklung (9) π Windungen zur Erzielung einer tf-Impedanzübertragung von der Basis- und der Emitterelektrode einerseits zu den Eingangsanschlüssen der Primärwicklung andererseits aufweisen.

ία Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die erste Isolierschicht (6) aus Siliciumoxid besteht

11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolierschicht (6) aus Siliciumnitrid besteht

12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolierschicht (30) aus einem Siliciumoxid besteht

13. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolierschicht (30) Siliciumnitrid enthält

14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (13) des Transformators einen Mangan-Zink-Ferrit der Zusammensetzung MnO₂+FE₂O₃+ZnO₂ enthält

15. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler einen auf der Substratoberfläche angeordneten Dünnschichtstreifenleiter (24) und einen Kondensator (25) mit Anschlüssen aufweist, von denen ein Anschluß des Streifenleiters mit der Basiselektrode (βχ eine Elektrode (21) des Kondensators mit der Emitterelektrode (7) und der andere Anschluß des Streifenleiters (24) mit der anderen Elektrode (23) des Kondensators verbunden sind.

16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß eine Kondensatorelektrode aus einer an die Emitterelektrode (7) anschließende ersten elektrisch leitenden Schicht auf einem TeQ der ersten Isolierschicht (6) besteht,

daß eine dielektrische Schicht (22) auf der ersten Kondensatorelektrode (21) angeordnet ist, und daß die andere Kondensatorelektrode (23) aus einer zweiten auf der dielektrischen Schicht (22) angeordneten elektrisch leitenden Schicht (23, 24) besteht die sich Ober die erste Isolierschicht (6) erstreckt und die Basiselektrode (8) kontaktiert

17. Halbleiteranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ober der ersten Isotierschicht (6) liegende induktive Teil der zweiten elektrisch leitenden Schicht (24) Durchbrüche (26) zur genauen Bemessung der Induktivität aufweist

18. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kern aus ferromagnetischem Material mit hohem Isolationswiderstand und hoher magnetischer Permeabilität einen Schlitz und einen oberen und unteren Kernteil (136 rsp. \3a) aufweist, wovon der untere Teil (i3a) auf der ersten Isolierschicht (6) angeordnet ist,

daß die Sekundärwicklung (10) deren eines Ende mit der Basiselektrode (8) und deren anderes Ende mit der Emitterelektrode (7) verbunden ist, sich durch den Kernschlitz auf dem unteren Kernteil erstreckt und

daß die Primärwindungen (9) um den oberen Kernteil (Umgewickelt sind.

19. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Impedanzwandler einen Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung (9 rsp. 10) enthält, wobei die Primärwicklung (9) mit Kontakt-

flecken auf dem Substrat als Eingangsanschlüsse für das Bauelement über die Sekundärwicklung (10) verbunden sind und

daß ein Anschluß (16) eines auf dem Substrat angeordneten Kondensators (16, 17, 18) mit der % Emitterelektrode (7), der andere Anschluß (18) des Kondensators mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung (10) und der andere Anschluß der Sekundärwicklung (10) mit der Basiselektrode (8) verbunden iind. ι ο

20. Halbleiteranordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet

daß der Transformator eine Primärwicklung (9) mit einem oberen und unteren Teil, wovon der untere PrimärwindungsteQ (9a) auf einer ersten Isolier- r> schicht (6) und daran angrenzend angeordnet ist und einen Kern aus ferromagfietischem Material mit hohem Isolationswiderstand und hoher magnetischer Permeabilität der einen Schlitz sowie einen oberen und einen unteren Kernteil aufweist wovon der untere Kernteil (t3a) auf dem unteren Primärwindungsteü (9a), der obere Frimärwindungsteü (9b) innerhalb des Schlitzes und auf dem unteren Kernteil (Ma) angeordnet sind, wobei der obere Primärwindungsteil an den unteren PrimärwindungsteD an- schließt aufweist,

daß eine zweite Isolierschicht innerhalb des Kernschlitzes auf dem oberen Teil der Primärwicklung (9b) angrenzend an die erste Isolierschicht (6) angeordnet ist daß die aus einer ersten elektrisch leitenden Schicht bestehende erste Kondensatorelektrode auf der Emittereleketorde (7) angrenzend an einen Teil der ersten Isolierschicht (6) angeordnet ist daß eine dielektrische Schicht (17) auf der ersten Kondensatorelektrode (16), die Sekundärwicklung innerhalb des Kernschlitzes auf der zweiten Isolierschicht angeordnet sind und daß der obere auf der Sekundärwicklung (10) angeordnete Kernteil (t3b) tut Erzielung eines geschlossenen magnetischen Flusses für die Primär- und Sekundärwicklung mit dem unteren Kernteil (13a,/verbunden ist