Линия передачи

Реферат

 

Изобретение относится к области электронной техники и микроэлектроники, а именно к линиям передачи. Изобретение может быть использовано при построении линий передачи с регулируемым волновым сопротивлением и длиной. Двухпроводная линия содержит две проводящие полоски, между которыми сформирован изолирующий либо полуизолирующий слой, причем либо в верхней полоске выполнены отверстия в направлении вдоль длины линии, либо в нижней полоске выполнены отверстия в направлении поперек длины линии, либо в верхней полоске выполнены отверстия в направлении вдоль длины линии, а в нижней полоске выполнены отверстия в направлении поперек длины линии, на поверхности полосок (полоски) с отверстиями сформирован p-n-переход либо барьер Шоттки с неоднородным вдоль ширины верхней полоски либо вдоль длины нижней полоски профилем легирования, при этом параметры линии передачи (волновое сопротивление и длина) определяются величиной управляющего внешнего смещения, поданного на p-n (барьер Шоттки)-переход, либо величинами управляющих внешних смещений, поданных на p-n-переходы (барьеры Шоттки). 8 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и микроэлектронники, а именно к линиям передачи. Изобретение может быть использовано при построении линий передачи с регулируемым волновым сопротивлением и длиной.

Под линией передачи обычно понимают устройство, позволяющее транспортировать электрическую энергию от одного объекта к другому.

Наиболее часто в СВЧ-микроэлектронике используется выбранная в качестве прототипа микрополосковая линия передачи, представляющая собой двухпроводную линию, содержащую две проводящие полоски, между которыми сформирован изолирующий либо полуизолирующий слой [1, 2].

К недостаткам всех линий передачи относится то, что параметры линии передачи, такие, как волновое сопротивление и длина, не регулируются внешним источником напряжения, что затрудняет микроминиатюризацию, настройку и частотную перестройку большого числа СВЧ-устройств.

Задачей изобретения является создание линии передачи с регулируемым при помощи внешнего электрического напряжения волновым сопротивлением и с регулируемой при помощи внешнего электрического напряжения длиной линии.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в двухпроводной линии, содержащей две проводящие полоски, между которыми сформирован изолирующий либо полуизолирующий слой, либо в верхней полоске выполнены отверстия в направлении вдоль длины линии, либо в нижней полоске выполнены отверстия в направлении поперек длины линии, либо в верхней полоске выполнены отверстия в направлении вдоль длины линии, а в нижней полоске выполнены отверстия в направлении поперек длины линии, на поверхности полосок (полоски) с отверстиями сформирован p-n-переход либо барьер Шоттки с неоднородным вдоль ширины верхней полоски либо вдоль длины нижней полоски профилем легирования, при этом параметры линии передачи (волновое сопротивление и длина) определяются величиной управляющего внешнего смещения, поданного на p-n-переход (барьер Шоттки) либо величинами управляющих внешних смещений, поданных на p-n-переходы (барьер Шоттки). Кроме того, барьер Шоттки может быть сформирован между нижней полоской и полуизолирующей (слаболегированной) подложкой, на противоположной поверхности которой сформирована вторая полоска (с отверстиями), образующая с неоднородно легированной подложкой омический контакт.

То есть суть изобретения заключается в использовании возможности изменения при помощи внешнего смещения эффективной площади полосков, образующих микрополосковую линию как вдоль направления линии, что приводит к изменению волнового сопротивления линии, так и поперек нее, вследствие чего изменяется длина линии передачи.

На фиг.1 приведена линия передачи с изменяемым волновым сопротивлением с источником входного сигнала и с источником управляющего напряжения; на фиг.2 - линия передачи с изменяемой длиной с источником входного сигнала и с источником управляющего напряжения; на фиг.3 - линия передачи с изменяемым волновым сопротивлением, выполненная по планарной технологии; на фиг.4 - линия передачи с изменяемым волновым сопротивлением, у которой p-n-переход (барьер Шоттки) сформирован на входе и выходе линии; на фиг.5 - линия передачи с изменяемым волновым сопротивлением, у которой барьер Шоттки сформирован между нижней полоской и полуизолирующей (слаболегированной) подложкой, на противоположной поверхности которой сформирована вторая полоска (с отверстиями), образующая с неоднородно легированной подложкой омический контакт; на фиг. 6 - линия передачи с изменяемым волновым сопротивлением, у которой барьер Шоттки сформирован на входе и выходе линии; на фиг.7 - расчетная зависимость волнового сопротивления линии передачи от напряжения; на фиг.8 - расчетная и экспериментальная зависимости коэффициента стоячей волны линии передачи от напряжения.

Для пояснения работы управляемой линии передачи обратимся к фиг.1, на которой приведен один из вариантов предлагаемой линии передачи, содержащий проводящую полоску 1 с отверстиями, выполненными вдоль длины линии, проводящую полоску 2, слой диэлектрика 3, неоднородно легированную вдоль ширины линии примесями n-типа область 4 с омическим контактом, область 5 с омическим контактом, которая образует с областью 4 p-n-переход либо барьер Шоттки. На фиг. 1 изображены также источник управляющего напряжения 6, подключенный к p-n-переходу через дроссель 7, служащий для развязки цепей источника входного сигнала и управляющего напряжения по переменному току, источник входного сигнала 8.

Поверх проводящей полоски (с отверстиями) 1 сформирован эпитаксиальный n-типа слой поликремния 4, образующий с полоской 1 омический контакт. Причем слой поликремния 4 неоднородно легирован вдоль ширины линии (вдоль направления Z). Причем степень легирования уменьшается с ростом Z. Поверх слоя поликремния сформирована область 5 с омическим контактом, которая образует с областью 4 p-n-переход либо барьер Шоттки. По мере увеличения запирающего напряжения U (источника 6) на переходе размер вдоль Z области нейтральности в полупроводнике n-типа H(U) непрерывно уменьшается. При этом эффективная ширина линии W с дискретностью, равной расстоянию между отверстиями, повторяет H(U), что приводит к пропорциональному увеличению волнового сопротивления линии ( ~ 1/H(U)) .

Для пояснения работы линии передачи с изменяемой длиной обратимся к фиг. 2, которая содержит проводящую полоску 1 с отверстиями, выполненными вдоль ширины линии, проводящую полоску 2, слой диэлектрика 3, неоднородно легированную вдоль длины линии примесями n-типа область 4 с омическим контактом, область 5 с омическим контактом, которая образует с областью 4 p-n-переход либо барьер Шоттки. На фиг.2 изображены также источник управляющего напряжения 6, подключенный к p-n-переходу через дроссель 7, служащий для развязки цепей источника входного сигнала и управляющего напряжения по переменному току, источник входного сигнала.

Поверх проводящей полоски (с отверстиями) 1 сформирован эпитаксиальный n-типа слой поликремния 4, образующий с полоской 1 омический контакт. Причем слой поликремния 4 неоднородно легирован вдоль длины линии (вдоль направления X). Причем степень легирования уменьшается с ростом X. Поверх слоя поликремния сформирована область 5 с омическим контактом, которая образует с областью 4 p-n-переход либо барьер Шоттки. По мере увеличения запирающего напряжения U (источника 6) на переходе размер вдоль X области нейтральности (в полупроводнике n-типа) H(U) уменьшается.

При этом эффективная длина линии L повторяет H(U) с дискретностью, равной расстоянию между отверстиями.

Очевидно, что, если в верхней полоске микрополосковой линии выполнены отверстия в направлении вдоль длины линии, а в нижней полоске выполнены отверстия в направлении поперек длины линии, на поверхности полосок с отверстиями сформированы p-n-переходы (барьеры Шоттки) с неоднородным вдоль ширины верхней полоски либо вдоль длины нижней полоски профилем легирования, при этом параметры линии передачи (волновое сопротивление и длина) определяются величинами управляющих внешних смещений, поданных на p-n-переходы (барьеры Шоттки).

При производстве полупроводниковых приборов посредством планарно-эпитаксиальной технологии все контакты, как правило, формируются на одной из поверхностей полупроводниковой пластины, причем контакты отделены друг от друга диэлектрической прослойкой (SiO2). На фиг.3 представлена управляемая линия передачи, выполненная посредством планарно-эпитаксиальной технологии. Линия содержит проводящую полоску 1 с отверстиями, выполненными вдоль длины линии, проводящую полоску 2, слой диэлектрика 3, неоднородно легированную вдоль ширины линии примесями n-типа область 4 с омическим контактом, область 5 с омическим контактом, которая образует с областью 4 p-n-пероеход. На фиг. 3 изображены также источник управляющего напряжения 6, подключенный к p-n-переходу через дроссель 7, служащий для развязки цепей источника входного сигнала и управляющего напряжения по переменному току, источник входного сигнала 8. Причем полоска 1 (с отверстиями) выполнена из сплава золота и сурьмы (для формирования омического контакта с полупроводником n-типа). В качестве диэлектрика использована двуокись кремния. Омический контакт к p-области 5 выполнен из алюминия. Омический контакт к n-области 4 (сильнолегированной в районе контакта) выполнен также из алюминия, полоска 2 выполнена также из алюминия. Все контакты друг от друга отделены защитным слоем двуокиси кремния 9.

Для исключения нежелательного влияния емкостной связи между областями 1 и 5 p-n-переход (барьер Шоттки) может быть сформирован над частью полоски с отверстиями (см. фиг.4, на которой приведен один из вариантов предлагаемой линии передачи). На фиг.4 изображены проводящая полоска 1 с отверстиями, выполненными вдоль длины линии, проводящая полоска 2, слой диэлектрика 3, неоднородно легированная вдоль ширины линии примесями n-типа область 4 с омическим контактом, область 5 с омическим контактом, которая образует с областью 4 p-n-переход либо барьер Шоттки. На фиг. 4 изображены также источник управляющего напряжения 6, подключенный к p-n-переходу через дроссель 7, служащий для развязки цепей источника входного сигнала и управляющего напряжения по переменному току, источник входного сигнала 8, сопротивление нагрузки 10, подключенное к выходу линии. Причем p-n-переход (барьер Шоттки) выполнен в начале и в конце линии. Заметим, что p-n-переход либо барьер Шоттки может быть сформирован на продолжении проводящих участков полоски, находящихся между отверстиями за пределами диэлектрической прослойки 3.

Второй способ исключения нежелательного влияния емкостной связи между областями 1 и 5 заключается в том, что у p-n-перехода неоднородно вдоль Z (X) легируются как n-область, так и p-область. При этом по мере роста управляющего напряжения размер области нейтральности вдоль Z (X) в p-области уменьшается, так же как и в n-области.

В рассмотренных на фиг.1 - 4 примерах область 4 для определенности была выбрана с электронным типом проводимости. Очевидно, что область 4 может быть выполнена и с дырочным типом проводимости.

В общем случае для формирования p-n-перехода на поверхности полоски с отверстиями необходимо на ней сформировать одну поверх другой противоположно легированные полупроводниковые области. Известно, что барьер Шоттки возникает в приконтактной области полупроводника контакта металл-полупроводник и только. Для формирования барьера Шоттки на поверхности проводящей (не обязательно металлической) полоски с отверстиями необходимо сформировать полупроводниковую область электронного либо дырочного типа проводимости, поверх которой выполнен слой металла. Работоспособность прибора очевидна: при определенном значении управляющего напряжения на p-n-переходе (барьере Шоттки) ОПЗ примыкает к полоске с отверстиями по всей площади p-n-перехода, с изменением управляющего напряжения в сторону открывания p-n-перехода (барьера Шоттки) область нейтральности полупроводника постепенно (примесный профиль неоднородности) заполняет все большее количество отверстий и соединяет все большее число полосок, отделенных отверстиями, друг с другом, вследствие чего изменяются параметры линии передачи.

На фиг.5 приведена линия передачи с изменяемым волновым сопротивлением, у которой барьер Шоттки сформирован между нижней полоской и полуизолирующей (слаболегированной) подложкой, на противоположной поверхности которой сформирована вторая полоска (с отверстиями), образующая с неоднородно легированной подложкой омический контакт. С изменением управляющего напряжения в сторону открывания p-n-барьера Шоттки область нейтральности полупроводника постепенно (примесный профиль неоднороден) заполняет все большее количество отверстий и соединяет все большее число полосок, отделенных отверстиями, друг с другом, вследствие чего изменяются параметры линии передачи.

На подложке с толщиной 0,5 мм (D = 0,5 мм) из двуокиси кремния была сформирована микрополосковая линия длиной 50 мм (L = 50 мм), с шириной верхнего полоска 4 мм (W = 4 мм), с шириной нижнего полоска 12 мм (фиг.6). В верхней полоске, выполненной из сплава золота и сурьмы, были вытравлены вдоль длины линии отверстия шириной 4 мкм с шагом 40 мкм, поверх которых в начале и в конце линии был сформирован слой поликремния толщиной 0,6 мкм с донорной концентрацией примесей примерно 1015 l/см3. В слое посредством ионной имплантации фосфора при энергии 200 КЭВ сформирован неоднородно легированный примесный профиль, причем имплантационная доза линейно изменялась вдоль ширины линии (вдоль Z): спадала от 1 1012 ион/см2 до 2,5 1011 ион/см2. Барьер Шоттки формировался поверх слоя поликремния нанесением металлизации из алюминия. Омический контакт к поликремнию был выполнен также из алюминия путем нанесения последнего на предварительно сформованный сильнолегированный участок слоя поликремния. После изготовления проволочных контактов поверхность прибора покрывалась защитным слоем 9 (SiO2).

Волновое сопротивление линии передачи (Zc) определялось по формулам [3] при W = H(U): В свою очередь H(U) определялось из условия полного обеднения полупроводникового слоя поликремния толщиной d (d = 0,6 мм) с неоднородным профилем легирования Ni(z, y) основными носителями заряда в сечении H(U),y при минимальном запирающем напряжении на барьере Шоттки: где y - координата отсчитываемая от поверхности пленки, на которой сформирован барьер Шоттки, вдоль ее толщины, q - элементарный заряд, s - диэлектрическая проницаемость полупроводника, Uk - встроенный потенциал перехода, 1 - относительная диэлектрическая проницаемость SiO2, C = 120 Ом.

Расчетная зависимость Zc(U) представлена на фиг.7. Измеренная зависимость коэффициента стоячей волны (КСВ) в измерительной линии с характеристическим сопротивлением 50 Ом, один конец которой подключен к источнику входного сигнала с частотой 3,2 гГц и внутренним сопротивлением 50 Ом, а второй соединен с линией передачи, нагруженной на нагрузку в 50 Ом, представлена на фиг. 8, которая качественно совпала с расчетной при предположении отсутствия потерь в линии передачи.

Изобретение простыми технологическими средствами позволяет создавать линии передачи с регулируемым волновым сопротивлением и длиной.

Изобретение может быть использовано в электронной промышленности.

Формула изобретения

Двухпроводная линия, содержащая верхнюю и нижнюю проводящие полоски, между которыми сформирован изолирующий либо полуизолирующий слой, отличающаяся тем, что либо в верхней полоске выполнены отверстия в направлении вдоль длины линии, либо в нижней полоске выполнены отверстия в направлении поперек длины линии, либо в верхней полоске выполнены отверстия в направлении вдоль длины линии, а в нижней полоске выполнены отверстия в направлении поперек длины линии, на поверхности полоски с отверстиями сформирован p-n-переход либо барьер Шоттки с неоднородным вдоль ширины верхней полоски либо вдоль длины нижней полоски профилем легирования, при этом параметры линии передачи определяются по крайней мере одной величиной управляющего внешнего смещения, поданного на p - n-переход либо барьер Шо

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8