×
10.05.2014
216.012.c118

СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ СВЧ-МОЩНОСТИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к СВЧ-монолитным интегральным схемам и предназначено для использования в качестве защитных схем, например в устройствах, содержащих малошумящие усилители. Cхема сверхширокополосного ограничителя СВЧ-мощности отражательного типа согласно изобретению построена не как фильтр нижних частот, а представляет собой отрезок копланарной линии передач (либо копланарной линии передач с заземляющей плоскостью), сочлененный с планарными распределенными pin-структурами, включенными встречно-параллельно относительно соответствующих проводников копланарной линии (либо копланарной линии с заземляющей плоскостью). Изобретение обеспечивает возможность повысить значение верхней рабочей частоты и увеличить максимальное значение входной мощности ограничителя. 1 ил.
Основные результаты: Сверхширокополосный ограничитель СВЧ-мощности, содержащий pin-структуры с металлическими контактами, включенные встречно-параллельно, отличающийсятем, что на полуизолирующей подложке создан отрезок копланарной линии передачи (либо копланарной линии с заземляющей плоскостью), у которой три металлических проводника целиком накрывают четыре полоски из сильнолегированных полупроводниковых слоев, сформированных на одной поверхности полуизолирующей подложки и расположенных в следующей последовательности: p, n, p, n, при этом два проводника на крайних полосках заземлены (соединены с заземляющей плоскостью), а третий проводник лежит одновременно на двух средних полосках, образуя центральный сигнальный проводник.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к СВЧ-монолитным интегральным схемам и предназначено для использования в качестве защитных схем, например в устройствах, содержащих малошумящие усилители.

Широко известны монолитные интегральные схемы СВЧ-устройств, содержащие pin-структуры [1]. Известна монолитная интегральная схема ограничителя СВЧ-мощности TGL2201, разработанная фирмой TriQuint Semiconductor [2]. Известный аналог выполнен на полуизолирующей подложке из арсенида галлия и содержит два pin-диода вертикальной конструкции на входе интегральной схемы и два таких же pin-диода на выходе схемы. Входная пара диодов, включена встречно-параллельно между микрополосковой линией и «землей», так же как и пара выходных диодов. Входные и выходные пары диодов соединены отрезком микрополосковой линии. В данной схеме pin-диоды выполнены в виде меза-структур на полуизолирующей подложке. Слой n+-типа проводимости в диодах сформирован непосредственно на полуизолирующей подложке, поверх которого создан слой i-типа, на котором выращен слой p+-типа проводимости. К слоям n+- и p+-типов сформированы омические контакты.

Недостатком такой конструкции является то, что значение верхней рабочей частоты ограничителя зависит от номиналов емкостей (размеров) pin-диодов и размеров отрезков микрополосковых линий, поскольку данный ограничитель построен как фильтр нижних частот. С другой стороны, максимальное значение входной мощности в ограничителе также лимитировано размерами этих pin-диодов. Поэтому увеличение верхней рабочей частоты ограничителя невозможно без ухудшения мощностных характеристик.

Прототипом предлагаемого изобретения является монолитная интегральная схема сверхширокополосного ограничителя СВЧ-мощности, рассмотренная в работе [3]. Она выполнена на полуизолирующей подложке из арсенида галлия и содержит группу pin-диодов на входе интегральной схемы и группу pin-диодов на выходе схемы. Входные и выходные диоды соединены отрезком микрополосковой линии. В данной схеме pin-диоды изготовлены в виде меза-структур на полуизолирующей подложке. В pin-диодах слой n+-типа проводимости сформирован непосредственно на полуизолирующей подложке, поверх которого создан слой i-типа, на котором выращен слой p+-типа проводимости. К слоям n+- и p+-типов сформированы омические контакты.

Недостатком такой конструкции является то, что значение верхней рабочей частоты ограничителя зависит от номиналов емкостей (размеров) pin-диодов и размеров отрезков микрополосковых линий, поскольку данный ограничитель построен как фильтр нижних частот. С другой стороны, максимальное значение входной мощности в ограничителе также лимитировано размерами этих pin-диодов. Поэтому увеличение верхней рабочей частоты ограничителя невозможно без ухудшения мощностных характеристик.

Технический результат, на который направлено заявляемое решение, состоит в устранении указанного недостатка.

Этот результат достигается тем, что в отличие от прототипа вместо групп pin-диодов, соединенных микрополосковой линией, в предлагаемом изобретении на полуизолирующей подложке создан отрезок копланарной линии (либо копланарной линии с заземляющей плоскостью), у которой три металлических проводника целиком накрывают четыре полоски из сильнолегированных полупроводниковых слоев, сформированных на одной поверхности полуизолирующей подложки и расположенных в следующей последовательности: p+, n+, p+, n+, при этом два проводника на крайних полосках заземлены, а третий проводник лежит одновременно на двух средних полосках, образуя центральный сигнальный проводник.

В режиме пропускания предлагаемый ограничитель функционирует как копланарная линия (копланарная линия с заземляющей плоскостью), которая представляет собой разновидность линии передач с предельно высокими верхними рабочими частотами. В режиме ограничения происходит резкое уменьшение сопротивления между сформированными распределенными планарными pin-структурами и устройство работает как ограничитель отражательного типа.

На фиг.1 схематично представлена одна из возможных конструкций предлагаемой схемы. Ограничитель выполнен в виде монолитной интегральной схемы на полуизолирующей подложке 1. На одной поверхности подложки сформированы четыре полоски из сильнолегированных полупроводников 2, 3, 4 и 5. Полоски 2 и 4 выполнены из полупроводника p+-типа проводимости, а полоски 3 и 5 выполнены из полупроводника n+-типа проводимости. Поверх слоев 2 и 5 созданы свои металлические проводники 6 и 7. А поверх слоев 3 и 4 лежит только один металлический проводник 8. Металлические проводники 6, 7 и 8 создают омические контакты к полупроводниковым полоскам 2, 3, 4 и 5. С противоположной стороны подложки 1 также сформирован металлический проводник 9, соединенный с проводниками 6 и 7 с помощью металлизированных отверстий, неоказанных на фиг.1. Полуизолирующая подложка 1 вместе с металлическими проводниками 6, 7, 8 и 9 и полосками из сильнолегированных полупроводников 2, 3, 4 и 5 представляют собой копланарную линию с заземляющей плоскостью 9. Входом схемы является один конец линии, а выходом - другой. Пары полосок 2, 3 и 4, 5 представляют собой планарные распределенные pin-структуры, включенные встречно-параллельно относительно центрального проводника копланарной линии 8 и заземленные проводниками 6, 7 и 9.

Пример практического исполнения. Монолитная интегральная схема сверхширокополосного ограничителя СВЧ-мощности изготавливалась на подложке 1 из полуизолирующего арсенида галлия. На подложке 1 с использованием методов молекулярно-лучевой эпитаксии, обычной фотолитографии, химического травления, селективного травления эпитаксиальных слоев формировали полоски из сильнолегированных полупроводников 2, 3, 4 и 5. Полоски 2 и 4 p+-типа проводимости выращивались с концентрацией равновесных дырок 1·1019 см-3 и толщиной 0,15 мкм, а полоски 3 и 5 n+-типа проводимости выращивались с концентрацией равновесных электронов равной 1·1019 см-3 и толщиной 0,15 мкм.

С использованием стандартных приемов, включающих методы фотолитографии, методы напыления тонких пленок металлов золота, германия, никеля, цинка, электрохимического осаждения золота, формировали металлические проводники 6, 7, 8 и 9 толщиной 4 мкм. В результате было получено устройство, показанное на фиг.1, представляющее копланарную линию передач с заземленной плоскостью, сочлененную с планарными, распределенными pin-структурами.

Работа устройства

В режиме пропускания на вход ограничителя подается СВЧ-мощность с амплитудой сигнала меньшей амплитуды включения pin-структуры, образованной полосками 2, 3 и заключенным между ними участком подложки 1, а также pin-структуры, образованной полосками 4, 5 и заключенным между ними участком подложки 1. При этом предлагаемое устройство представляет собой копланарную линию передач с заземленной плоскостью, которая характеризуется сверхширокой полосой пропускания с предельно высокой верхней рабочей частотой. Причем верхняя рабочая частота в предлагаемом устройстве всегда будет существенно выше, чем у сверхширокополосных ограничителей, построенных по схеме фильтра нижних частот.

В режиме ограничения на вход ограничителя подается СВЧ-мощность с амплитудой сигнала большей или равной амплитуде включения pin-структуры, образованной полосками 2, 3 и заключенным между ними участком подложки 1, а также pin-структуры, образованной полосками 2, 3 и заключенным между ними участком подложки 1. В режиме ограничения участки подложки 1 между полосками 2, 3 и полосками 4, 5 заполняются неравновесными электронами и дырками, а сопротивления этих участков резко падают. Устройство работает как ограничитель отражающего типа и в устройстве происходит ограничение величины входной мощности. В режиме ограничения предложенная конструкция выдерживает значительно большую величину максимальной входной мощности в сравнении с прототипом, поскольку мощность в схеме рассеивается на площади кристалла, которую занимают распределенные pin-структуры. А эта площадь существенно выше, чем площадь диодов ограничителя у прототипа.

Таким образом продемонстрирована работа предлагаемого сверхширокополосного ограничителя СВЧ-мощности, в котором решены две задачи. Первая задача - увеличение верхней рабочей частоты. Вторая задача - увеличение максимального значения входной мощности.

Использование предложенной конструкции сверхширокополосного ограничителя позволит существенно расширить частотный диапазон существующих защитных устройств и повысить их стойкость к воздействию высокого уровня входной мощности и увеличить надежность.

Источники информации

l. J.V.Bellantoni, D.C.Bartele, D. Payne and et. al. Monolithic GaAs p-i-n Diode Switch Circuits for High-Power Millimeter-Wave Applications // IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.31. NO.12., DECEMBER, 1989, pp.2162-2165.

2. James M. Carrol. Performance Comparison of Single and Dual Stage MMIC Limiters// 2001 IEEE MTT-S Digest, pp.1341-1344.

3. D.G.Smith, D.D.Heston, J.Heston, B.Heimer, K.Decker. Designing reliable high-power limiter circuits with LIMITER GaAs PIN diodes // 2002 IEEE MTT-S Digest, pp.1245-1247.

Сверхширокополосный ограничитель СВЧ-мощности, содержащий pin-структуры с металлическими контактами, включенные встречно-параллельно, отличающийсятем, что на полуизолирующей подложке создан отрезок копланарной линии передачи (либо копланарной линии с заземляющей плоскостью), у которой три металлических проводника целиком накрывают четыре полоски из сильнолегированных полупроводниковых слоев, сформированных на одной поверхности полуизолирующей подложки и расположенных в следующей последовательности: p, n, p, n, при этом два проводника на крайних полосках заземлены (соединены с заземляющей плоскостью), а третий проводник лежит одновременно на двух средних полосках, образуя центральный сигнальный проводник.
СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ СВЧ-МОЩНОСТИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-8 из 8.
27.07.2013
№216.012.5b18

Электрически управляемый модулятор-калибратор миллиметрового диапазона длин волн

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве меры шумовой температуры при точных измерениях малых уровней шумовой температуры источников сигналов, а также для встроенного контроля в радиосистемах различного назначения. Достигаемый технический результат - обеспечение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488941
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.11.2013
№216.012.8013

Рентгеновский детектор

Изобретение может найти применение для регистрации излучений в ядерной физике, в физике высоких энергий, а также при создании цифровых рентгеновских аппаратов, преимущественно маммографов. Рабочий объем детектора выполнен из пластины полуизолирующего монокристаллического полупроводникового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498460
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.12.2013
№216.012.9212

Монолитная интегральная схема миллиметрового диапазона

Изобретение относится к монолитным интегральным схемам, работающим в миллиметровом диапазоне длин волн, и предназначено для использования в телекоммуникационных и радиолокационных системах. Изобретение позволяет исключить изменение параметров монолитной схемы, содержащей копланарные линии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503087
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.04.2014
№216.012.b1fc

Полупроводниковый источник излучения

Изобретение относится к области оптоэлектроники, конкретно к полупроводниковым источникам излучения инфракрасного, видимого и ультрафиолетового диапазонов длин волн. Оно может найти применение при создании современных светотехнических изделий и систем. Изобретение может быть использовано также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511280
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.10.2014
№216.012.fe53

Электролит для электрохимического осаждения иридия на арсенид галлия и способ его приготовления

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в полупроводниковой СВЧ-электронике для получения выпрямляющих иридиевых контактов к арсениду галлия. Кроме того, иридиевые покрытия пригодны для защиты электрических контактов, работающих в условиях эрозионного износа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530963
Дата охранного документа: 20.10.2014
27.03.2016
№216.014.c84d

Способ изготовления высокочастотного транзистора с нанометровыми затворами

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных приборов и сверхвысокочастотных интегральных схем с использованием полевых транзисторов. Техническим результатом изобретения является получение затворов длиной менее 100 нм, а также уменьшение толщины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578517
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.04.2016
№216.015.3716

Монолитная интегральная схема защитного устройства

Изобретение относится к СВЧ монолитным интегральным схемам и предназначено, преимущественно, для защиты малошумящих усилителей на входе приемных устройств СВЧ аппаратуры. Технический результат, на который направлено изобретение, состоит в упрощении конфигурации исходной эпитаксиальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581764
Дата охранного документа: 20.04.2016
10.04.2019
№219.017.077e

Солнечная энергоустановка

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к конструкциям солнечных энергетических установок с фотоэлектрическим датчиком слежения за солнцем и системой азимутального поворота солнечного модуля, а также к системам автоматического слежения за источником света и предназначено для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002459156
Дата охранного документа: 20.08.2012
Показаны записи 1-9 из 9.
27.07.2013
№216.012.5b18

Электрически управляемый модулятор-калибратор миллиметрового диапазона длин волн

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве меры шумовой температуры при точных измерениях малых уровней шумовой температуры источников сигналов, а также для встроенного контроля в радиосистемах различного назначения. Достигаемый технический результат - обеспечение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488941
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.11.2013
№216.012.8013

Рентгеновский детектор

Изобретение может найти применение для регистрации излучений в ядерной физике, в физике высоких энергий, а также при создании цифровых рентгеновских аппаратов, преимущественно маммографов. Рабочий объем детектора выполнен из пластины полуизолирующего монокристаллического полупроводникового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498460
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.12.2013
№216.012.9212

Монолитная интегральная схема миллиметрового диапазона

Изобретение относится к монолитным интегральным схемам, работающим в миллиметровом диапазоне длин волн, и предназначено для использования в телекоммуникационных и радиолокационных системах. Изобретение позволяет исключить изменение параметров монолитной схемы, содержащей копланарные линии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503087
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.04.2014
№216.012.b1fc

Полупроводниковый источник излучения

Изобретение относится к области оптоэлектроники, конкретно к полупроводниковым источникам излучения инфракрасного, видимого и ультрафиолетового диапазонов длин волн. Оно может найти применение при создании современных светотехнических изделий и систем. Изобретение может быть использовано также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511280
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.10.2014
№216.012.fe53

Электролит для электрохимического осаждения иридия на арсенид галлия и способ его приготовления

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в полупроводниковой СВЧ-электронике для получения выпрямляющих иридиевых контактов к арсениду галлия. Кроме того, иридиевые покрытия пригодны для защиты электрических контактов, работающих в условиях эрозионного износа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530963
Дата охранного документа: 20.10.2014
27.03.2016
№216.014.c84d

Способ изготовления высокочастотного транзистора с нанометровыми затворами

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных приборов и сверхвысокочастотных интегральных схем с использованием полевых транзисторов. Техническим результатом изобретения является получение затворов длиной менее 100 нм, а также уменьшение толщины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578517
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.04.2016
№216.015.3716

Монолитная интегральная схема защитного устройства

Изобретение относится к СВЧ монолитным интегральным схемам и предназначено, преимущественно, для защиты малошумящих усилителей на входе приемных устройств СВЧ аппаратуры. Технический результат, на который направлено изобретение, состоит в упрощении конфигурации исходной эпитаксиальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581764
Дата охранного документа: 20.04.2016
07.09.2018
№218.016.8387

Способ изготовления выпрямляющих контактов к арсениду галлия электрохимическим осаждением рутения

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к изготовлению контактов с барьером Шоттки к арсениду галлия электрохимическим осаждением рутения. Способ изготовления выпрямляющих контактов к арсениду галлия включает: локальную металлизацию поверхности n-GaAs...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666180
Дата охранного документа: 06.09.2018
29.05.2019
№219.017.6a27

Ядерная батарейка

Изобретение относится к устройствам, преобразующим энергию частиц, испускаемых изотопами, в электрический ток, и может быть использовано в качестве элемента питания в различных электронных устройствах, потребляющих небольшой ток, но вынужденных работать без замены источников питания в течение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002461915
Дата охранного документа: 20.09.2012
+ добавить свой РИД