Полевой вертикальный транзистор

 

Использование: в полупроводниковых приборах. Сущность изобретения: транзистор содержит монокристаллическую подложку из полупроводника n++ -типа, на которой сформированы омический контакт истока и мезаструктура, состоящая из двух слоев: верхний слой из полупроводника n-типа, нижний из полупроводника n++ -типа. По краям боковых граней верхнего слоя мезаструктуры выполнены симметрично расположенные барьерные контакты, являющиеся затворами транзистора. На верхней грани мезаструктуры сформирован омический контакт стока. 2 ил.

Изобретение относится к полевым транзисторам и предназначено для работы в преобразователях частоты миллиметрового диапазона длин волн.

Наиболее близким к изобретению является полевой вертикальный транзистор, предназначенный для работы в широкополосных устройствах в миллиметровом диапазоне длин волн. Транзистор содержит монокристаллическую подложку, состоящую из двух слоев n-типа, на верхнем слое которой сформирована двухслойная мезаструктура. Верхний слой мезаструктуры выполнен из полупроводникового материала n++-типа, а нижний слой из материала n-типа. На нижнем слое мезаструктуры сформированы симметричные барьерные контакты, служащие затворами, которые электрически соединены. На верхней грани верхнего слоя мезаструктуры сформирован омический контакт стока. На нижнем слое подложки сформирован омический контакт истока.

Недостаток прототипа состоит в ограничении предельной частоты, обусловленном тем, что входной ток транзистора содеpжит основную гармонику на частоте входного сигнала.

Целью изобретения является повышение предельной частоты при тех же, что и у прототипа предельных геометрических размерах.

Цель достигается за счет того, что одновременно с усилением входного сигнала СВЧ осуществляется удвоение частоты транзистора.

Сущность изобретения заключается в том, что в полевом вертикальном транзисторе, содержащем подложку из полупроводника n++-типа, сформированные на ее верхней стороне электрод истока с балочным выводом, двухслойную мезаструктуру, верхний слой которой выполнен из полупроводника n-типа, а нижний из полупроводника n++-типа, и расположенные по краям боковых граней верхнего слоя мезаструктуры, снабженные балочными выводами барьерные контакты, один из которых выполняет роль затвора, в отличие от прототипа омический контакт стока, снабженный балочным выводом, сформирован на верхней грани мезаструктуры, а второй барьерный контакт на ней, выполненный симметрично первому, служит вторым затвором транзистора, при этом входной сигнал СВЧ подается одновременно на два затвора в противофазе, а сигнал удвоенной частоты снимается с омического контакта стока.

На фиг. 1 изображена конструкция предложенного транзистора, вид сверху; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Конструкция транзистора содержит монокристаллическую подложку 1 из GaAs' n++-типа с выполненной на ней мезаструктурой 2, состоящей из двух слоев: внутреннего слоя 3 из материала подложки и наружного эпитаксиального слоя 4 из GаAs' n-типа. По краям боковых граней мезаструктуры 2 на слое 4 выполнены барьерные контакты 5 и 6, расположенные выше границы слоев 3 и 4. Барьерные контакты 5 и 6 соединены со своими балочными выводами 7 и 8 соответственно. Оба контакта 5 и 6 включены в обратном направлении и являются затворами. Омический контакт 9 истока сформирован на подложке 1 и имеет балочный вывод 10, являющийся продолжением омического контакта 9. Выбор размеров площади омического контакта 9 источника определяется необходимостью обеспечения его малого контактного сопротивления, которое обратно пропорционально его площади. Из этого соотношения выбираются и планарные размеры кристалла подложки 1, на котором сформирована мезаструктура 2. Выбор толщины подложки определяется толщиной скин-слоя в n++ GaAs' на рабочей частоте. Ширина мезаструктуры 2 определяется размерами области пространственного заряда, образуемого барьерными контактами 5 и 6. Высота мезаструктуры 2 определяется технологией изготовления барьерных контактов 5 и 6 субмикронных размеров. Выбор площади контактов 5 и 6 определяется величиной барьерной емкости и зависит от диапазона рабочих частот прибора. Плавные треугольные переходы от контактов к соответствующим балочным выводам необходимы для уменьшения сопротивления транзистора и паразитной емкости между балочными выводами. На верхней грани мезаструктуры 2 наносится омический контакт стока 11, причем ширина контакта стока должна быть меньше ширины мезаструктуры 2, чтобы избежать замыкания контактов 5 и 6 с контактом стока 11. Омический контакт стока 11 имеет плавный треугольный переход, переходящий в балочный вывод 12. Выбор толщины балочных выводов 7, 8 и 12 связан с обеспечением надежной пайки этих выводов в схему какого-либо устройства и необходимостью уменьшения их сопротивления.

Процесс удвоения частоты в транзисторе происходит следующим образом: на два симметрично расположенных затвора подается СВЧ сигнал в противофазном включении. В этом случае проводящий канал электронного тока будет модулирован по положению в структуре. За счет симметричности характеристики тока стока от напряжения на затворах выходной ток будет иметь удвоенную частоту, а также четные высшие гармонические составляющие. Из-за слабой нелинейности проходной характеристики (ток стока от напряжения на затворах) основная энергия выходного тока сосредоточена в основном во второй гармонике. При этом гармонические составляющие тока основной частоты, а также все нечетные гармоники тока в выходном токе будут отсутствовать.

Типичные параметры транзистора, работающего в режиме удвоения частоты следующие: монокристаллическая подложка 1 представляет собой квадрат 100х100 мкм2 из GaAs' n++-типа (концентрация носителей 2х1018 см-3) и имеет толщину 10 мкм. Мезаструктура 2 имеет размеры 0,5х0,5х50 мкм. При этом эпитаксиальный слой 4 из GaAs' n-типа (концентрация носителей 2х1016 см-3) имеет толщину 0,3 мкм. Барьерные контакты 5 и 6 затворов, выполненные из золота Au, имеют размеры 0,25х0,25х50 мкм и расположены на боковых гранях мезаструктуры 2 на эпитаксиальном слое 4 выше границы раздела слоев 3 и 4. Омические контакты стока и истока выполнены путем вжигания сплава Au и Ge последующим нанесением Au. Размеры стока 0,25х0,25х50 мкм. Исток расположен на той же стороне подложки 1, что и мезаструктура 2, и имеет форму прямоугольника с пазом шириной 10 мкм и глубиной 60 мкм, в котором расположена мезаструктура 2. Балочный вывод 10 является продолжением омического контакта 9.

На транзисторе с указанными размерами, выполненном из указанных материалов, был смоделирован численно на ЭВМ процесс удвоения частоты. При этом на частоте 100 ГГц при напряжении на затворах 1,5 В потери преобразования составили 2,62 дБ, т.е. происходит усиление выходного сигнала, что соответствует потерям преобразования в транзисторе-прототипа. Однако в отличие от прототипа в выходном токе отсутствует первая гармоника, амплитуда второй гармоники тока при этом составила 20,3 мА.

Формула изобретения

ПОЛЕВОЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТРАНЗИСТОР, содержащий подложку, на которой сформированы омический контакт истока и двухслойная мезаструктура с n- и n++-типами проводимости, причем на верхней грани верхнего слоя мезаструктуры сформирован омический контакт стока, а на боковых гранях с n-типом проводимости сформированы барьерные контакты, служащие затворами, отличающийся тем, что затворы включены в обратном направлении, при этом верхний слой мезаструктуры выполнен из полупроводника n-типа, а нижний из полупроводника n++-типа, все контакты снабжены балочными выводами и расположены по одну сторону подложки, выполненной из полупроводника n++-типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а более конкретно к полевым транзисторам с управляющим p-n-переходом (ПТУП)

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к конструкции интегральных схем на основе полевых транзисторов

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к конструкции полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом (ТПУП)

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к конструкции полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом (ПТУП)

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано в усилителях и генераторах несинусоидальной формы

Инвертор // 1649973

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при обработке малых управляющих электрических сигналов в качестве усилительного или ключевого элемента

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и направлено на создание новых транзисторов с управляющим р-п -переходом

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к вертикальным полевым транзисторам с р-n переходом

Изобретение относится к криоэлектронике и может быть использовано при создании элементной базы сверхпроводниковой микроэлектроники, в частности полностью сверхпроводниковых интегральных схем

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники. Управление величиной тока в приборе с вертикальной структурой, содержащем проводящую область с n-типом проводимости (n-область), анод, который расположен на нижней стороне n-области, управляющий электрод, сформированный на верхней стороне n-области и образующий с ней барьер Шотки, и катод, расположенный на боковой поверхности n-области между анодом и управляющим электродом, осуществляется путем изменения площади и, следовательно, сопротивления омического контакта между катодом и n-областью. Прибор может содержать более одной единичной структуры, при этом соседние единичные структуры объединены в новую структуру с двумя катодами, единой n-областью с анодом и управляющим электродом. Изобретение позволяет повысить быстродействие и увеличить ток и выходную мощность прибора. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электронной технике СВЧ. В мощном полевом транзисторе СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре упомянутая гетероструктура выполнена в виде последовательности следующих основных слоев: по меньшей мере одного буферного слоя GaAs толщиной не менее 200 нм, группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя InyGa1-yAs толщиной 12-20 нм и по меньшей мере двух δn-слоев, легированных донорной примесью, и двух спейсерных i-слоев AlxGa1-xAs, толщиной каждый 1-3 нм, двух групп барьерных слоев AlxGa1-xAs, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная, при этом подложечная группа барьерных слоев выполнена в виде акцепторно-донорной p-i-δn системы барьерных слоев, затворная группа барьерных слоев - в виде донорно-акцепторной δn-i-p системы барьерных слоев, при этом в каждой группе барьерных слоев i-слой выполнен толщиной 0,5-10 нм, p-слой выполнен с уровнем легирования, обеспечивающим высоту потенциальных барьеров 0,4-0,8 ширины запрещенной зоны AlxGa1-xAs, δn-слой выполнен с избыточным уровнем легирования, обеспечивающим разницу поверхностной плотности донорной и акцепторной примеси равной (1-10)×1012 см-2. Технический результат - повышение выходной мощности и коэффициента усиления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил, 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике СВЧ. В мощном полевом транзисторе СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре упомянутая полупроводниковая гетероструктура выполнена в виде последовательности следующих основных слоев, по меньшей мере, одного буферного слоя GaAs толщиной не менее 200 нм, группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя InyGa1-yAs толщиной 12-18 нм и, по меньшей мере, двух δn-слоев, легированных донорной примесью, и двух спейсерных i-слоев AlxGa1-xAs толщиной каждый 1-3 нм, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя, двух групп барьерных слоев AlxGa1-xAs, каждая в виде i-p-i системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная, при этом барьерные слои в каждой i-p-i системе имеют толщину (100-200, 4-15, 2-10) нм в подложечной, (2-10, 4-10, 4-15) нм в затворной соответственно, уровень легирования акцепторной примесью (4-20)×1018 см-2 соответственно, барьерного слоя i-GaAs толщиной 5-30 нм, слоя омического контакта n+-GaAs толщиной (10-60) нм электродов истока и стока, при этом электрод затвора выполнен длиной не более 0,5 мкм. Технический результат - повышение выходной мощности и коэффициента усиления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники. В полупроводниковом полевом регуляторе тока, содержащем анод с n+-типом проводимости, катод также с n+-типом проводимости, проводящую область с n-типом проводимости между анодом и катодом, а также управляющий электрод, причем все электроды расположены в горизонтальной плоскости, при этом катод размещен между анодом и управляющим электродом ближе к управляющему электроду, между управляющим электродом и n-областью сформирован обедненный слой, управление величиной тока осуществляется путем изменения площади и, следовательно, сопротивления контакта между катодом и n-областью на участке между катодом и управляющим электродом. Прибор может содержать одну или более единичных структур. Изобретение позволяет упростить конструкцию и технологию изготовления прибора, повысить быстродействие и увеличить ток и выходную мощность. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно к мощным полевым транзисторам на полупроводниковой гетероструктуре. В мощном полевом транзисторе СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре, содержащем полупроводниковую подложку и последовательность по меньшей мере одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материала полупроводниковой гетероструктуры с заданными характеристиками и электроды истока, затвора, стока, выполненные согласно заданной топологии полевого транзистора, упомянутая полупроводниковая гетероструктура выполнена в виде последовательности по меньшей мере одного буферного слоя GaAs, группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя InyGa1-yAs по меньшей мере двух дельта-легированных донорной примесью δn-слоев и двух не легированных примесью спейсерных i-слоев AlxGa1-xAs, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя, двух групп барьерных слоев AlxGa1-xAs, каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная, при этом подложечная группа барьерных слоев выполнена в виде акцепторно-донорной i-p-i-δn системы барьерных слоев AlxGa1-xAs, затворная группа барьерных слоев - в виде донорно-акцепторной δn-i-p-i системы барьерных слоев AlxGa1-xAs, при этом прилегающий δn-слой, легированный донорной примесью, каждой группы барьерных слоев является одновременно δn-слоем, легированным донорной примесью, для соответствующей группы проводящих слоев, электрод затвора выполнен планарно на наружном не легированном примесью i-слое AlxGa1-xAs затворной группы барьерных слоев, либо планарно в любом другом возможном слое полупроводниковой гетероструктуры выше последнего, электроды истока и стока выполнены каждый в соответствующем дополнительно сформированном углублении в полупроводниковой гетероструктуре, при этом дно каждого упомянутого углубления расположено вровень с нижней границей легированного акцепторной примесью р-слоя затворной группы барьерных слоев либо ниже в любом другом слое полупроводниковой гетероструктуры вплоть до полупроводниковой подложки. Технический результат изобретения - повышение выходной мощности, коэффициента усиления и коэффициента полезного действия. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Наверх