Интегральная схема на основе арсенида галлия

 

Использование: в интегральных цифровых схемах на GaAs. Цель изобретения - увеличение частотного диапазона ИС в сторону низких частот. На подложке 1 из i GaAs расположен зпитаксиальный слой 2 n-типа проводимости с концентрацией примеси 10 см , на которой находятся контакты истока 3 и стока 4. Между ними расположен затвор в виде областей 5а-5б из G.aAs р-типа проводимости с концентрацией примеси в области 5а - 2 1018 и в 17 3 области 56-10 см Толщина области 5а равна h.i 0,05 мкм. а области 56 h2 0.15 мкм. На затворе 5 находится металлический электрод, образующий с областью 5а контакт Шоттки, играющий роль конденсатора, последовательно подсоединенного к затвору . Поскольку в области 5а концентрация примеси составляет 2-Ю18 см3, то при напряжении на затворе, меньшем 2 В, барьер Шоттки, выполняющий функцию емкости, шунтируется нелинейным сопротивлением, что увеличивает частотный диапазон ИС в области низких частот. 2 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧEÑKÈÕ

РЕСПУЬЛИК

i 51>5 Н 01 (27! 098

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Q0

С) с ф.

Ю (21) 4905152/25 (22) 24.01.91 (46) 30.03.93. Бюл. Nã 12 (71) Научно-исследовательский институт физических проблем им, Лукина (72) Э.А. Полторацкий, С.Е. Решетников и

Г.С. Рычков (73) Научно-исследовательский институт физических проблем им. Лукина (56) Mellor P.J.T. and А.й/. Livingstone

"Capacitor-coupled logic using баАз

depletion mode FET s, Electr.Let., vol.16, Sept, 1980. рр. 749-750.

Авторское свидетельство СССР

N. 1505361, кл. Н 01 (27/095, 1987. (54) ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА НА ОСНОВЕ

АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ (57) Испрльаование: в интегральных цифровых схемах íà GaAs, Цель изобретения— увеличение частотного диапазона ИС в сторону низких частот, На подложке 1 из i =

5 6

„... Ж„„1806421 А3

GaAs расположен зпитаксиальный слой 2 п-типа пооводимости с концентрацией примеси 10 см, на которой находятся контакты lcTока 3 и стока 4. Между ними расположен затвор в виде областей 5а-5б из GaAs р-типа проводимости с концентрацией примеси в области 5а — 2 10 см и в

18 -3 области 5б — 10 см . Толщина области 5а

17 -a равна h1 = 0,05 мкм, а области 5б Ьг = 0.15

MYM. На затворе 5 находится металлический электрод, образующий с областью 5а контакт Шоттки, играющий роль конденсатора. последовательно подсоединенного к затвору. Поскольку в области 5а концентрация

1В -З примеси составляет 2 10 см, то при напряжении на затворе, меньшем 2 В, барьер

Шоттки, выполняющий функцию емкости, шунтируется нелинейн ы м соп ротивлением, что увеличивает частотный диапазон ИС в области низких частот, 2 ил.

1806421

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано B интегральных цифровых схемах на арсениде галлия, Целью изобретения является расширение частотного диапазона интегральной схемы до нулевых частот, На фиг.1 показан предложенная структура ИС; на фиг.2, а — ее экв 1валентная схема; на фиг.2, б — BAX шунтирующего диода.

На полупроводниковой подложке 1 из материала l = GaAs сформирован толщиной

Н = 0,55-0,7 мкм эпитаксиальный слой 2 полупроводника GaAs n-типа проводимости I6 -3 с концентрацией примеси 10 см . На эпитаксиальном слое 2 находятся омические контакты; исток 3 и сток 4. Между стоком и истоком расположен длиной 2 мкм затвор, выполненный в виде области полупроводника GaAs р-типа проводимости и состоящий из двух областей: верхней области 5а толщиной h1 = 0,05 мкм и концентрацией

2 х 10 см и нижней области 5б толщиной

17 -3

h2 = 0,15 мкм и концентрацией 10 см, На области 5а находится металлический электрод 6, образующий с р-областью 5а контакт

Шоттки, в силу чего под электродом возникает толщиной Ьз область пространственного заряда 7.

В предлагаемой конструкции емкость связи между электродом 6 и областью 5а затвора возникает из-за образования барьера Шоттки и, так как при концентрации в области 5а,равной 2 10 см, величина Ьз

18 -3 при напряжении пробоя контакта Шоттки

V ð = 1 В не более 0,04 мкм. что меньше толщины области 5а, то эквивалентная схема структуры металл-полупроводник будет той, которая дана на рис,2а с BAX шунтирующего диода, представленной на фиг.2б.

Канальный транзистор с р-n-переходом, рассмотренным выше, имеет пороговое напря>кение VT, равное 0„3 В при Н =

0.55 мкм и Чт = - 0,7 В при Н = - 0,7 мкм, т.е. в зависимости от параметра Н, транзистор является либо транзистором с индуцированным каналом, либо со встроенным каналом. Причем, поскольку для данной конструкции транзистора р - n-переход имеет встроенный потенциал 1,3 В, та на затвор транзистора можно подавать напряжение до + 1,3 В.

Пусть теперь на электрод 6 поступают управляющие сигналы: или напряжение высокого уровня V1 = 2,2 В или низкого уровня

Vo = О В. Если на электроде б напря>кение равно V1, то в силу ВАХ барьера Шоттки (см. рис.26) на р — n-затворе будет напряжение

1,2 В и следовательно ток через транзистор будет пропорционален величине (z (1 — Ч.г), г

Если на электроде 6 напря>кение равно

Vp, то благодаря наличию емкости (функцию которой выполняет барьер Шоттки) транзистор работает как входной элемент логических схем с емкостными связями, что обеспечивает отрицательное напряжение на р-и-затворе. Если уровень V, поддерживать достаточно долго, то напряжение на р — n-затворе начнет увеличиваться, приближаясь к О.

Рассмотрим худший случай, т,е. когда напря>кение на р-п-затворе равно О. В этом случае для транзисторов с VT = 0,3 B ток через транзистор будет равен О и отношение К тока, соответствующего напряжению

V1 к току, соответствующему напряжению

V<>, равно о>, что более чем достаточно для рабаты рассматриваемого транзистора в цифровых схемах. Если VT = - 0,5 B. то ток. соответству1ои1ий ф будет (sV> и соответ2 ственно К = 1,9 /0,7 > 7, что так>ке достаточно для построения цифровых схем. А так как напряжения V1 или Vo могут присутствовать на электроде 6 сколь угодно долго и при этом К > 7, то цифровые схемы могут работать со сколь угодно малыми частотами.

Таким образом, эффективность изобретения закл1очается в расширении у ИС с емкостной связью диапазона нижних частот вплоть до нулевых.

Формула изобретения

Интегральная схема на основе арсенида галлия, содер>кащая полевой транзистор с управляющим затвором в виде р-и-перехода и конденсатор, образованный контак40 том Шоттки в виде металлического электрода, расположенного на области затвора транзистора, отличающаяся тем, что, с целью расширения частотного диапазона в сторону низких частот, концентрация

45 примеси в верхней части области затвора толщиной h1 удовлетворяет соотношению

) ;8m (11

50 где 88 — дизлЕктРическая пРоницаемость и пробивное напряжение материала; ц — заряд электрода;

N — концентрация примеси, а область пространственного заряда р-иперехода не соприкасается с верхней частью затвора.

1806421

Составитель В,Надточеева

Техред М.Моргентал Корректор М.Андрушенко

Редак гор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ .977 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5