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Title:
INTEGRATED SEMICONDUCTOR COMPONENT FOR CONDUCTING HIGH-FREQUENCY MEASUREMENTS AND THE USE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/041117
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to an integrated semiconductor component for conducting high-frequency measurements and to the use thereof. According to the invention, the semiconductor component is part of a semiconductor circuit (10) (SOI wafer), comprised of a first silicon layer (12), of a silicon oxide layer (insulating layer (14)) connected thereto, and of a subsequent additional silicon layer (structural layer (16)). The semiconductor component is comprised of an IMPATT oscillator (30) provided with a resonator (24), which contains a metallized silicon cylinder (18) mounted in the structural layer (16), a coupling disk (28) that covers the cylinder (18) in the area of the first layer (12), and an IMPATT diode (32) that is connected to the cylinder (18) of the resonator (24) via a recess (38) of the coupling disk (28). The semiconductor component is also comprised of a reference oscillator (46) of a lower frequency provided with a resonator (24), which contains a metallized silicon cylinder (18) mounted in the structural layer (16), a coupling disk (28) that covers the cylinder in the area of the first layer (12), and a microwave conductor that is connected to the cylinder (18) of the resonator (24) via a recess (38) of the coupling disk (28). The reference oscillator serves to stabilize the frequency of the IMPATT oscillator (30) via an active oscillator circuit (58). The semiconductor component additionally comprises a receive mixer provided with integrated Schottky diodes and comprises a transmitting/receiving antenna.

Inventors:
SCHMIDT EWALD (DE)
PFIZENMAIER HEINZ (DE)
IRION HANS (DE)
HASCH JUERGEN (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/003004
Publication Date:
May 15, 2003
Filing Date:
August 16, 2002
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
SCHMIDT EWALD (DE)
PFIZENMAIER HEINZ (DE)
IRION HANS (DE)
HASCH JUERGEN (DE)
International Classes:
H01L21/822; G01S7/03; G01S13/08; H01L23/66; H01L27/04; H01L29/864; H01P7/04; H01Q9/04; H01Q19/06; H01Q23/00; H03B9/14; (IPC1-7): H01L/
Foreign References:
DE19931928A12001-01-11
EP0978729A22000-02-09
EP0995126A12000-04-26
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Claims:
Patentansprüche
1. Integriertes Halbleiterbauelement für Hochfre quenzmessungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement Bestandteil einer Halbleiter schaltung (10) aus einer ersten Siliziumschicht (12), einer sich anschließenden Siliziumdioxidschicht (Iso lierschicht (14)) und einer nachfolgenden weiteren Siliziumschicht (Strukturschicht (16) ) ist (SOI Wafer), und das Halbleiterbauelement aus (a) einem ImpattOszillator (30) mit einem Resonator (24), der einen in der Strukturschicht (16) ange ordneten metallisierten Zylinder (18) aus Sili zium, eine den Zylinder (18) im Bereich der ers ten Schicht (12) überdeckende Ankopplungsscheibe (28) und eine über eine Ausnehmung (38) der Ankopplungsscheibe (28) mit dem Zylinder (18) des Resonators (24) in Verbindung stehende Impatt Diode (32) umfasst, sowie (b) einem ReferenzOszillator (46) niedrigerer Fre quenz mit einem Resonator (24), der einen in der Strukturschicht (16) angeordneten metallischen Zylinder (18) aus Silizium und den Zylinder im Bereich der ersten Schicht (12) überdeckende Ankopplungsscheibe (28) und einem über eine Aus nehmung (38) der Ankopplungsscheibe (28) mit dem Zylinder (18) des Resonators (24) in Verbindung stehenden Mikrowellenleiter umfasst, wobei der ReferenzOszillator über eine aktive Oszillator schaltung (58) einer Frequenzstabilisierung des ImpattOszillators (30) dient, (c) einem Empfangsmischer (51) mit integrierten SchottkyDioden und (d) einer Sendeund Empfangsantenne (49) besteht.
2. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ImpattOszillator (30) eine feste Frequenz im Bereich von 80 bis 500 GHz, insbesondere von 100 bis 150 GHz, erzeugt.
3. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz Oszillator (46) eine feste Frequenz im Bereich von 1 bis 70 GHz, insbesondere von 30 bis 50 GHz, erzeugt.
4. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (18) der Resonatoren (24) von einer Metall schicht (20), insbesondere aus Aluminium, bedeckt sind.
5. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplungsscheiben (28) der Resonatoren (24) so dimensioniert sind, dass an deren Rand keine Sendeenergie austreten kann.
6. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ImpattOszillator (30) spannungsgesteuert ist und eine VaraktorDiode (42) am Rand der Ankopplungsscheibe (28) implantiert ist.
7. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung der ImpattDiode (32) über zwei Tiefpassfilter (32, 34) erfolgt.
8. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (12) als Trägersubstrat für eine Mikrostrei fenleiterSchaltung dient.
9. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltung (10) eine PatchAntenne (48) als integrierten Empfänger aufweist.
10. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die PatchAntenne (48) als gemeinsame, zirkular polarisierte Sendeund Empfangsantenne dient (monostatische Ausführungs form).
11. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ReferenzOszillator (46) Bestandteil einer in Hybrid technik auf der Halbleiterschaltung (10) montierten eigenständigen Schaltung ist.
12. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspeisung der erzeugten Senderenergie des Impatt Oszillators (30) in die umgebende Mikrostreifenlei terSchaltung über ein Koppelelement (40) erfolgt.
13. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass BranchlineKoppler (60, 62) zur Auskopplung von Teilen der Senderenergie in die PatchAntenne (48) und zur Frequenzstabilisie rung mit dem ReferenzOszillator (46) vorhanden sind.
14. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Oszillatorschaltung (58) eine zusätzliche Halbleiterschaltung ist.
15. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Oszillatorschaltung (58) ein diskreter Einzel transistor ist.
16. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Anpassungsschaltung in Koplanaroder Mikrostreifen leiterTechnik in der Halbleiterschaltung (10) inte griert ist.
17. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer BranchlineKoppler (64) zur Aufteilung eines Sendesignal in eine Inphaseund QuadraturKomponente vorhanden ist.
18. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Branch lineKoppler (64) in der monostatischen Ausführungs form zur Sendeund Empfangssignaltrennung dient.
19. Verwendung des integrierten Halbleiterbauelemen tes nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement Bestandteil eines Sensors zur Entfernungsmessung ist.
20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, dass der Sensor im einem Kraftfahrzeug zur TotenWinkelErkennung, Precrashund Sidecrash Erkennung, Einparkhilfe und Abstandsmessung Einsatz findet.
Description:
Integriertes Halbleiterbauelement für Hochfrequenz- messungen und dessen Verwendung Die Erfindung betrifft ein integriertes Halbleiter- bauelement für Hochfrequenzmessungen und dessen Ver- wendung.

Stand der Technik Die Halbleitertechnologie findet in zunehmendem Maße Einzug in die Kraftfahrzeugtechnik. Die Miniaturisie- rung ermöglicht nicht nur eine verbesserte Steue- rungs-und Regelungstechnik der motorspezifischen Funktionen, sondern öffnet auch den Weg für neue Sicherheits-und Fahrkomfortsysteme, wie beispiels- weise Einparkhilfen, Precrash-und Sidecrash-Funktio- nen, Toter-Winkel-Erkennung, Füllstandsmessungen und Abstandsmessungen. Für alle steuerungs-und rege- lungstechnischen Vorgänge muss eine-nach Möglich- keit miniaturisierte-Sensorik im Kraftfahrzeug vor- handen sein.

In der Regel werden für die oben genannten beispiel- haften Anwendungsgebiete berührungslose Sensoren ver- wendet, die einen Messstrahl bestimmter Frequenz emittieren, der an dem zu messenden Objekt. reflek-

tiert und mittels einer Empfängereinheit wieder erfasst und ausgewertet wird.

Für Füllstandsmessungen sind Messgeräte im Mikrowel- lenbereich mit etwa 2 bis 24 GHz, die entweder nach dem FMCW-Prinzip oder als Pulsradar arbeiten, bekannt. Derartige Füllstandssensoren werden für den robusten stationären Gebrauch unter problematischen Umgebungsbedingungen-beispielsweise in Behältern mit brennbaren Stoffen oder bei hohen Umgebungstempe- raturen-auf Trägersubstraten wie Teflon oder RT- Duriod realisiert. Des Weiteren bekannt sind Kurz- streckenradarsysteme für Kraftfahrzeuge, die zur Ein- parkhilfe oder als Precrash-Sensoren dienen und eine Messfrequenz im Bereich von etwa 20 GHz aufweisen.

Für Abstandsmessungen bis zu Reichweiten von 150 m wurden Sensoren mit verschiedenen Lösungsansätzen entwickelt. Sehr kostengünstig, dafür aber aufgrund der geringen Strahlbündelung relativ ungenau, sind Ultraschallgeräte. Wesentlich präziser sind Laserent- fernungsmesser, die sich allerdings nicht beliebig miniaturisieren lassen und sehr teuer sind. Weiterhin sind Abstandssensoren bekannt, mit denen Messungen im Mikrowellenbereich durchgeführt werden können. Die dazu notwendigen Sensoren basieren zwar auf Halblei- terschaltungen, jedoch sind die notwendigen Anre- gungsquellen (Oszillatoren) erst nachträglich durch übliche Hybridtechnik auf der Halbleiterschaltung montiert. Nachteilig hieran ist, dass der Miniaturi- sierung schon aufgrund der schwierigen Reproduzier- barkeit der Kopplung der Sendeeinheiten an die Halb- leiterschaltung Grenzen gesetzt sind. Darüber hinaus

müssen die nachträglich auf der Halbleiterschaltung montierten Oszillatoren aufwendig abgeglichen werden.

Die Genauigkeit der Messungen hängt unter anderem auch von der Stabilität der Sendefrequenz ab. Zur Frequenzstabilisierung benötigte Referenz-Oszillato- ren müssen dann ebenfalls montiert und justiert wer- den.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße integrierte Halbleiterbauelement für Hochfrequenzmessungen ermöglicht die Realisation von Abstandsmessgeräten, die bei sehr geringen Abmes- sungen hochpräzise Messungen erlauben. Das Halblei- terbauelement zeichnet sich dadurch aus, dass es Bestandteil einer Halbleiterschaltung aus einer ers- ten Siliziumschicht, einer sich anschließenden Siliziumdioxidschicht (Isolierschicht) und einer nachfolgenden weiteren Siliziumschicht (Struktur- schicht) ist (SOI-Wafer). Das Halbleiterbauelement besteht aus (a) einem Impatt-Oszillator mit einem Resonator, der einen in der Strukturschicht angeordneten metal- lisierten Zylinder aus Silizium, eine den Zylin- der im Bereich der ersten Schicht überdeckende Ankopplungsscheibe und eine über eine Aüsnehmung der Ankopplungsscheibe mit dem Zylinder des Reso- nators in Verbindung stehende Impatt-Diode umfasst, sowie (b) einem Referenz-Oszillator niedrigerer Frequenz mit einem Resonator, der einen in der Struktur-

schicht angeordneten metallisierten Zylinder aus Silizium und den Zylinder im Bereich der ersten Schicht überdeckende Ankopplungsscheibe und einem über eine Ausnehmung der Ankopplungsscheibe mit dem Zylinder des Resonators in Verbindung stehen- den Mikrowellenleiter umfasst, wobei der Refe- renz-Oszillator über eine aktive Oszillatorschal- tung einer Frequenzstabilisierung des Impatt- Oszillators dient, (c) einem Empfangsmischer mit integrierten Schottky- Dioden und (d) einer Sende-und Empfangsantenne.

Damit ist ein System geschaffen, das eine Messung unter sehr hohen Betriebsfrequenzen im Millimeterwel- lenbereich (120 bis 130 GHz) gewährt. Die Messung im Mikrowellenbereich ermöglicht eine hohe Strahlbünde- lung (kleiner 5D Halbwertsbreite), so dass auch eine als Empfängereinheit dienende, quasioptische Antenne Linsendurchmesser von < 30 mm haben kann. Das eingesetzte Halbleitermaterial erlaubt die Integra- tion der benötigten planaren Komponenten in Mikro- streifenleiter-Technik auf der in der Umgebung der zylinderförmigen Resonatoren freigeätzten Silizium- membran oder auch in Koplanar-Technik auf dem umge- benden Siliziumbasissubstrat. Alle passiven Komponen- ten, wie mikromechanisch strukturierte Resonatoren, Schottky-Dioden, Varaktor-Dioden, sowie alle aktiven Komponenten, wie Impatt-Dioden, werden auf dem semi- isolierenden SOI-Wafer integriert.

Insbesondere wird so vorteilhaft erreicht, dass kein Anschluss mit hochfrequentem Signal von dem System herunterführt. Es ist somit möglich, ein komplettes Radarsystem auf einen Chip zu integrieren.

Der Impatt-Oszillator erzeugt vorzugsweise eine feste Frequenz im Bereich von 80 bis 500 GHz, insbesondere von 100 bis 150 GHz. Der Referenz-Oszillator ist vor- zugsweise zur Erzeugung einer festen Frequenz im Bereich von 1 bis 70 GHz, insbesondere von 20 bis 50 GHz, ausgelegt. Die Zylinder der Resonatoren werden von einer jeweils etwa 1 ym dicken Aluminiumschicht als Metallisierung bedeckt. Die die Resonatoren über- deckenden Ankopplungsscheiben sind so dimensioniert, dass an ihrem Rand keine störende Sendeenergie im Mikrowellenbereich austreten kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Impatt-Oszillator spannungsgesteuert und eine Varaktor-Diode ist zur Ansteuerung am Rande der Ankopplungsscheibe implantiert. Die Spannungsversor- gung der Impatt-Diode erfolgt vorzugsweise über zwei Tiefpassfilter.

Die Leiterschicht der Halbleiterschaltung dient als Trägersubstrat für eine darauf angeordnete Mikro- streifenleiter-Schaltung. In die Halbleiterschaltung kann dabei eine Patch-Antenne integriert werden. In einer bevorzugten monostatischen Ausführungsform fun- giert die Patch-Antenne als gemeinsame zirkular pola- risierte Sende-und Empfangsantenne. Denkbar ist natürlich auch eine bistatische Ausführungsform mit

getrennten linear oder zirkular polarisierten Sende- und Empfangsantennen.

Eine Einspeisung der erzeugten Sendeenergie des Impatt-Oszillators in die umgebende Mikrostreifenlei- ter-Schaltung erfolgt über ein Koppelelement. Es kön- nen insbesondere Branchline-Koppler zur Auskopplung von Teilen der Sendeenergie in die Patch-Antenne und zur Frequenzstabilisierung mit dem Referenz-Oszilla- tor vorhanden sein. Die aktive Oszillatorschaltung kann vorzugsweise als zusätzliche Halbleiterschaltung mittels üblicher Hybridtechnik auf der Halbleiter- schaltung montiert werden oder als diskreter Einzel- transistor realisiert werden. Im letzteren Falle ist bevorzugt, die erforderliche Anpassungsschaltung in Koplanar-oder Mikrostreifenleiter-Technik in der Halbleiterschaltung zu integrieren. Ferner ist es vorteilhaft, einen weiteren Branchline-Koppler zur Aufteilung eines Sendesignals in einer Inphase-und Quadratur-Komponente einzusetzen. Dieser Koppler dient im Falle einer monostatischen Ausführungsform zusätzlich zur Sende-und Empfangssignaltrennung.

Die erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente finden bevorzugt Einsatz als Bestandteile eines Sensors zur Entfernungsmessung. Der Sensor soll dabei insbeson- dere im Kraftfahrzeug zur Toten-Winkel-Erkennung, Precrash-und Sidecrash-Erkennung, Abstandsmessung oder als Einparkhilfe genutzt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie- len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu- tert. Es zeigen : Figuren schematische Schnittansichten durch Halb- 1 bis 3 leiterbauelemente für Hochfrequenzanwen- dungen in verschiedenen Herstellungs- stadien ; Figur 4 eine perspektivische Seitenansicht auf einen Resonator für einen Oszillator ; Figur 5 eine schematische Draufsicht auf einen Impatt-Oszillator ; Figur 6 einen Querschnitt durch das Halbleiter- bauelement im Bereich einer Impatt-Diode ; Figur 7 ein Blockschaltbild einer monostatischen Ausführungsform ; Figur 8 ein Blockschaltbild einer bistatischen Ausführungsform ; Figur 9 eine weitere Darstellung einer monostati- schen Ausführungsform gemäß Figur 7 ; Figur 10 eine Ausführungsform mit einem Referenz- Oszillator in einer zusätzlich montierten Halbleiterschaltung und

Figur 11 einen schematischen Aufbau eines Sensors zur Entfernungsmessung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Schnittan- sicht einen Ausschnitt aus einem handelsüblichen <BR> <BR> SOI (Silicon on Insulator) -Wafer, der zur Herstellung einer Halbleiterschaltung 10 mit den erfindungsgemä- ßen Halbleiterbauelementen dient. Die in Koplanar- oder Planartechnik bekannte Herstellung aller Kompo- nenten der Halbleiterschaltung 10 in einem gemeinsa- men Herstellungsschritt wird hier-da allgemein bekannt-nicht näher erläutert. Der Wafer besteht aus einer 675 ptm dicken semiisolierenden, p--dotier- ten Strukturschicht 16 aus Silizium. Sie weist einen spezifischen Widerstand im Bereich von 500 bis 1000 Qcm, insbesondere 750 Qcm, auf. Die Strukturschicht 16 wird von einer etwa 300 nm dicken Isolierschicht 14 aus Siliziumdioxid bedeckt, auf der eine 50 u. m dicke, p--dotierte Schicht 12 aus Silizium aufge- bracht ist.

Die Schicht 14 aus Siliziumdioxid dient als Ätzstopp beim Trench-Ätzen der mikromechanischen Strukturen in die Strukturschicht 16. Der Trench-Ätzprozess legt eine Membran, bestehend aus der präzisen 50 pm dicken Schicht 12 und der 300 nm dicken Schicht 14, frei, wodurch es zur Ausbildung eines Freiraumes 19 in der Schicht 16 kommt. In diesem Freiraum 19 kragt ein Zylinder 18 aus Silizium ein (Figur 2), der quasi von dem Freiraum 19 umgeben ist. Diese Strukturierung ist

durch entsprechende Maskierungen während des Trench- Ätzens möglich.

Die entstandene zylinderförmige Struktur 18 wird durch Bedampfung oder Sputtern mit einer zirka 1 u. m dicken Aluminiumschicht 20 überzogen (Figur 3). Der hierdurch metallisierte Zylinder 18 dient als mit semiisolierendem Silizium gefüllter Resonator 24 hoher Güte (dz200), der gezielt je nach Anforderungs- bedingungen im TMolo-Mode oder TE, 11-Mode angeregt wer- den kann. Auf eine nach herkömmlicher Technik zur Wärmeabfuhr notwendige zusätzliche Kupferschicht im Bereich des Resonators 24 kann verzichtet werden.

Ein Bereich der Schicht 12 oberhalb des Zylinders 18 wird mit einer Ankopplungsscheibe 28, die über den darunter liegenden Zylinder 18 hinausreicht, bedampft (Figur 4). In der Ankopplungsscheibe 28 wird eine Ausnehmung 38 (insbesondere als Schlitz) struktu- riert. Die Ankopplungsscheibe 28 ist so dimensio- niert, dass an deren Rand keine Mikrowellenenergie austreten kann. Der Resonator 24 eignet sich-mit jeweils unterschiedlicher Dimensionierung und Span- nungsversorgung-sowohl als Sender als auch als Referenzquelle. Der Resonator 24 für einen noch näher erläuterten Impatt-Oszillator 30 hat eine Höhe von zirka 725 Lm und einen auf die gewünschte Resonator- frequenz 122,3 GHz abgestimmten Radius von 242 pm.

Für eine Referenzfrequenz von 40 GHz beträgt der Radius 800 elm bei einer Höhe von 725 pm.

Die Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Impatt- Oszillator 30, wie er für die Erzeugung eines Sende-

signals im Mikrowellenbereich benötigt wird. Neben dem Resonator 24 umfasst der Impatt-Oszillator 30 eine Impatt-Diode 32, die über zwei Tiefpassfilter 34, 36 mit Spannung versorgt wird. Die Impatt-Diode 32 sitzt in der Ausnehmung 38 der Ankopplungsscheibe 28 und ermöglicht die Verbindung zu einer in die Schicht 12 integrierten Mikrostreifenleiter-Schal- tung. Die erzeugte Sendeenergie des Impatt-Oszilla- tors 30 wird über ein Koppelelement 40 in die umge- bende Mikrostreifenleiter-Schaltung eingespeist. Der Impatt-Oszillator 30 kann im besonders günstigen TEll-Mode betrieben werden. Für den Fall eines span- nungsgesteuerten Oszillators wird zusätzlich zur Impatt-Diode 32 eine Varaktor-Diode 42 am Rande der Ankopplungsscheibe 28 implantiert (siehe Figur 9).

Die Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch die Halb- leiterschaltung 10 im Bereich der Impatt-Diode 32.

Derartige Dioden sind bekannt, daher wird auf eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Schichten beziehungsweise Funktionselemente an dieser Stelle verzichtet. Aufeinander folgend umfasst die Impatt- Diode 32 eine Aluminiumschicht 33, eine p+-dotierte Siliziumschicht 3. 5, eine Epi-Siliziumschicht 37 und eine n+-dotierte Schicht 39.

Der Aufbau eines Referenz-Oszillators 46 (Figur 9) ist prinzipiell gleich dem Aufbau des Impatt-Oszilla- tors 30. Für den Betrieb im TMolp-Mode kann die Anbin- dung jedoch nicht über eine Impatt-Diode 32 erfolgen, sondern es ist ein anderer geeigneter Mittelleiter einzusetzen. Der'TMcio-Mode erlaubt die Erzeugung besonders stabiler Referenzsignale.

Figur 7 zeigt ein Blockschaltbild einer monostati- schen Ausführungsform mit einer gemeinsamen zirkular polarisierten Sende-und Empfangsantenne. Die Anord- nung umfasst den Impatt-Oszillator 30, der ein hochfrequentes Sendesignal im Bereich von 122 GHz erzeugt, und den Referenz-Oszillator 46, der zur Fre- quenzstabilisierung und-linearisierung dient. Dazu wird ein festes Referenzsignal im Bereich von 40 GHz erzeugt. Das Sendesignal wird über eine Kopplung 40 in eine Patch-Antenne 48 eingespeist. Die gesamte Halbleiterschaltung 10 ist mit einer angedeuteten Superstrate 50 als Gehäuse vor Umwelteinflüssen geschützt. Eine Linse 52, die einen Durchmesser geringer als 30 mm haben kann, fokussiert den emit- tierten Messstrahl. Neben der dargestellten monosta- tischen Ausführungsform können Sende-und Empfangs- antennen auch als getrennte linear oder zirkular polarisierte Einheiten realisiert werden. So zeigt Figur 8 eine getrennte Patch-Antenne 54 und eine davon unabhängige Empfängerantenne 56.

Figur 7 zeigt die Hauptbestandteile Impatt-Oszillator (Sender) 30, Frequenzaufbereitung 31 mit Referenz- quelle (Referenz-Oszillator 46), Antennensystem 49 und Empfangsmischer 51 mit integrierten Schottky- Dioden. Diese sind auf einen kompakten Chip inte- griert. Es ist kein Hochfrequenzanschluss (im Mikro- wellenbereich) nach außen geführt.

Eine weitere Darstellung der monostatischen Ausfüh- rungsform gemäß Figur 7, die für Radarsysteme zur Abstandsmessung geeignet ist, zeigt Figur 9. Für die

Frequenzstabilisierung ist eine aktive Oszillator- schaltung 58-hier in Form einer zusätzlichen GaAs- Halbleiterschaltung, die in Flip-Chip-Technik mon- tiert wird-vorhanden. Alternativ kann die aktive Oszillatorschaltung 58 durch einen leitend aufgekleb- ten, diskreten Einzeltransistor verwirklicht werden.

Die in diesem Fall erforderliche Anpassungsschaltung kann in Koplanar-und in Mikrostreifenleiter-Technik ebenfalls in die Schicht 12 der. Halbleiterschaltung 10 integriert werden.

Die vom Impatt-Oszillator 30 erzeugte Sendeenergie wird über Branchline-Koppler 60,62 in Teilen zur Frequenzstabilisierung mit dem Referenz-Oszillator 46 genutzt. Ein weiterer Branchline-Koppler 64 spaltet das Sendesignal in eine Inphase-und Quadratur-Kompo- nente zur Speisung der zirkular polarisierten Patch- Antenne 48 und bewerkstelligt gleichzeitig die Sende- und Empfangssignaltrennung des monostatischen Sys- tems. Einem Ratrace-Mischer wird in einem Eingang das Empfangssignal aus dem Branchline-Koppler 64 und im zweiten Eingang die Oszillatorenergie aus dem Refe- renz-Oszillator 46 zugeführt.

Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der als Referenz dienende Oszillator 46 als SiGe- Halbleiterschaltung mittels Flip-Chip-Bonding auf der Halbleiterschaltung 10 montiert ist.

In Figur 11 ist zur Veranschaulichung nochmals sche- matisch der Aufbau eines Radarsystems mit Superstrate 50 und Antennenlinse 52 in nicht maßstabsgetreuer Weise dargestellt.