Мощный транзистор свч



Мощный транзистор свч
Мощный транзистор свч
Мощный транзистор свч
Мощный транзистор свч

 


Владельцы патента RU 2519055:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ПУЛЬСАР" (RU)

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения. Мощный транзистор СВЧ содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. При этом базовая подложка из кремния выполнена толщиной менее 10 мкм, слой теплопроводящего поликристаллического алмаза имеет толщину по меньшей мере, равную 0,1 мм, а на поверхности эпитаксиальной структуры последовательно размещены дополнительный слой теплопроводящего поликристаллического алмаза и барьерный слой из двуокиси гафния толщиной 1,0-4,0 нм, который в области затвора размещен под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя из твердого раствора AlGaN n-типа проводимости. Технический результат заключается в повышении выходной СВЧ-мощности, эффективном отводе тепла от активной области транзистора и минимизации утечек тока. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения.

Из уровня техники известен мощный транзистор СВЧ, который содержит полупроводниковую подложку со структурой слоев, которая выполнена в виде прямой последовательности полуизолирующего слоя, n + типа проводимости слоя, стоп-слоя, буферного слоя, активного слоя, с толщиной полуизолирующего и буферного слоев не менее 30,0 и 1,0-20,0 мкм соответственно, часть металлизированного отверстия для заземления общего электрода истока с лицевой стороны полупроводниковой подложки на глубине, равной сумме толщин активного, буферного и стоп-слоев, выполнена с металлизированным дном, а другая часть металлизированного отверстия с обратной стороны полупроводниковой подложки на глубину, равную сумме толщин полуизолирующего и n+типа проводимости слоев, выполнена глухой в виде сплошного слоя из высоко тепло- и электропроводящего материала, при этом асимметрично в сторону общего электрода стока относительно вертикальной оси металлизированного отверстия, с размером поперечного сечения, равным размеру поперечного сечения топологии элементов активной области полевого транзистора, упомянутые части металлизированного отверстия перекрываются полностью либо частично в горизонтальной плоскости места их соприкосновения, а интегральным теплоотводом одновременно является сплошной слой из высоко тепло- и электропроводящего материала другой части металлизированного отверстия (см. патент РФ №2463685, опубл. 10.10.2012).

Недостатком известного устройства является то, что выходная мощность данного мощного транзистора СВЧ является недостаточно высокой.

Кроме того, из уровня техники известно полупроводниковое устройство, которое содержит кремниевую подложку, теплопроводящий алмазный слой толщиной 0,5-30 мкм, монокристаллический кремниевый слой и эпитаксиальный GaN слой, либо кремниевую подложку, теплопроводящий алмазный слой, поликремниевый слой, монокристаллический кремниевый слой и эпитаксиальный GaN слой, а буферный слой выбран из группы, состоящей из HfN и AlN (см. патентный документ США №2006113545, опубл. 01.06.2006).

Недостатком известного устройства является то, что выходная мощность данного мощного транзистора СВЧ является недостаточно высокой из-за того, что тонкий слой алмаза ограничивает отвод тепла от полупроводниковых структур.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и создание мощного транзистора СВЧ, выполненного с возможностью работы с напряжением в диапазоне от 30 В до 1,2 кВ и с токами в диапазоне от 100 мА до 50 А.

Технический результат заключается в повышении выходной СВЧ-мощности, эффективном отводе тепла от активной области транзистора и минимизации утечек тока.

Технический результат обеспечивается тем, что мощный транзистор СВЧ содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. При этом базовая подложка из кремния выполнена толщиной менее 10 мкм, слой теплопроводящего поликристаллического алмаза имеет толщину, по меньшей мере равную 0,1 мм, а на поверхности эпитаксиальной структуры последовательно размещены дополнительный слой теплопроводящего поликристаллического алмаза и барьерный слой из двуокиси гафния, толщиной 1,0-4,0 нм, который в области затвора размещен под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя из твердого раствора AlGaN n-типа проводимости.

В соответствии с частными случаями осуществления буферный слой выполнен из A1N или HfN.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами:

фиг.1 отображает настоящее устройство;

на фиг.2 приведены экспериментально измеренные зависимости температуры разогрева активной области СВЧ транзистора от времени.

на фиг.3 приведены вольтамперные характеристики мощного транзистора СВЧ без дополнительных слоев на поверхности кристалла транзистора;

на фиг.4 приведены вольтамперные характеристики мощного транзистора СВЧ с дополнительными слоями из поликристаллического алмаза и двуокиси гафния.

На фиг.1 отображено устройство, содержащее следующие конструктивные элементы:

1 - фланец марки МД-40;

2 - слой припоя из AuSn;

3 - медный пьедестал;

4 - подслой из AuSn;

5 - базовая подложка из монокристаллического кремния;

6 - буферный слой AlN или HfN;

7 - теплопроводящий слой CVD поликристаллического алмаза;

8 - нелегированный слой из GaN;

9 - слой твердого раствора из AlGaN (спейс);

10 - слой твердого раствора из AlGaN n+типа проводимости;

11 - слой твердого раствора из AlGaN (крыша);

12 - исток;

13 - затвор;

14 - сток;

15 - омические контакты;

16 - дополнительный теплопроводящий слой поликристаллического алмаза;

17 - дополнительный барьерный слой из двуокиси гафния.

Настоящее устройство производят следующим образом.

На фланце марки МД-40 1 толщиной 1600 мкм размещен слой припоя из состава AuSn 2 толщиной 25 мкм, на который запаивается медный пьедестал 3 толщиной ~150 мкм. Поверх медного пьедестала 3 наносится подслой из AuSn 4 толщиной ~25 мкм, который в дальнейшем служит основой для укрепления кристалла транзистора к медному пьедесталу 3.

На поверхности базовой подложки 5 из монокристаллического кремния р-типа проводимости, ориентированного по плоскости (III), последовательно размещены: буферный слой из A1N 6 (либо из HfN) толщиной 0,1 мкм, слой CVD поликристаллического алмаза 7 толщиной ≥0,1 мм.

После размещения слоя CVD поликристаллического алмаза 7, базовая подложка 5 утоняется методами мокрого и сухого травления до толщины 10 мкм. Затем поверх буферного слоя 6 размещают эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов в виде слоев 8-11, состоящих из нелегированного буферного слоя GaN 8, слоя твердого раствора AlGaN (спейс) 9, слоя твердого раствора AlGaN n +- типа проводимости 10, слоя твердого раствора AlGaN (крыша) 11. Формируют исток 12, затвор 13, сток 14 и омические контакты. Кроме того, устройство снабжают дополнительными слоями, размещенными между истоком 12, затвором 13 и стоком 14. Эти слои выполняют в виде дополнительного слоя теплопроводящего поликристаллического алмаза 16 и барьерного слоя из двуокиси гафния 17, толщиной 1,0-4,0 нм. При этом слой из двуокиси гафния 17 в области затвора 13 размещен под ним, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя 11 из твердого раствора AlGaN n-типа проводимости.

В настоящем устройстве обеспечивается оптимизация отвода тепла из активной области кристалла транзистора и минимизация утечек. Это обеспечивается с помощью использования теплопроводящего поликристаллического слоя алмаза 7, а также осуществляется через слой изолирующего поликристаллического алмаза 16 и дополнительного барьерного слоя 17 из двуокиси гафния, толщиной 1,0-4,0 нм.

Достоинством предложенного устройства является также ввод в активную область транзистора барьерного слоя из двуокиси гафния толщиной 1,0-4,0 нм под затвором, который позволяет минимизировать утечки тока и увеличить значение напряжения пробоя.

Кроме того, все слои в структурах получены с использованием хорошо известных эпитаксиальных методов и не требуются специальные технологии обработки и/или способы присоединения слоев. Полупроводниковая структура оказывается сформированной практически на поверхности подложки большой конструкционной толщины из высокотеплопроводного поликристаллического алмаза. При этом исключается необходимость в проведении трудоемкой операции полировки поверхности алмаза до состояния, пригодного для технологии термоприсоединения слоев при дальнейшем изготовлении приборов.

Использование технического решения обеспечивает дополнительный отвод тепла и снижение утечек в кристалле транзистора СВЧ через дополнительные слои теплопроводящего поликристаллического алмаза и двуокиси гафния, нанесенные на поверхность кристалла между истоком, затвором и стоком мощного транзистора СВЧ. Они уменьшают тепловое сопротивление транзисторной структуры в 1.5 раза и утечки тока. На фиг.2 приведены экспериментально измеренные зависимости температуры разогрева активной области транзистора СВЧ от времени.

Использование дополнительного слоя теплопроводящего поликристаллического алмаза на поверхности кристалла транзистора между истоком, затвором и стоком транзистора СВЧ увеличивает пробивное напряжение транзистора на более 30%. Этому содействует также изготовление под затвором (на поверхности твердого раствора AlGaN n-типа проводимости) дополнительного барьерного слоя (маски) из двуокиси гафния, который существенно снижает утечки тока.

На фиг.3 и 4 приведены вольтамперные характеристики мощного транзистора СВЧ: фиг.3 - без слоя изолирующего поликристаллического алмаза на поверхности кристалла СВЧ транзистора, между истоком, затвором и стоком; фиг.4 - со слоем изолирующего поликристаллического алмаза на поверхности кристалла транзистора, между истоком, затвором и стоком, и дополнительным барьерным слоем (маской) под затвором на поверхности твердого раствора AlGaN n-типа проводимости, изготовленным из двуокиси гафния.

Проведенное моделирование тепловых режимов СВЧ-транзисторов показало, что применение в теплопроводящих подложках на основе поликристаллического алмаза, выращенного на кремнии 5 с буферным слоем из A1N или HfN 6, обеспечивает значения теплового сопротивления транзисторной структуры меньшие, чем у СВЧ-транзисторов с теплопроводящими подложками на основе карбида кремния. Нанесение слоя изолирующего поликристаллического алмаза на поверхность кристалла СВЧ-транзистора, между истоком, затвором и стоком уменьшает тепловое сопротивление транзисторной структуры более чем в 1,5 раза. Наличие в области затвора дополнительного барьерного слоя двуокиси гафния толщиной 1,0-4,0 нм повышает величину пробивного напряжения на более 30%.

Отмеченные преимущества СВЧ-транзисторов позволяют создавать твердотельные СВЧ-блоки и модули с улучшенными параметрами, предназначенные для антенных фазированных решеток и других радиоэлектронных систем и для замены СВЧ электровакуумных приборов -передатчиков существующих средств связи и РЛС с учетом требований по минимизации массогабаритных характеристик аппаратуры при обеспечении устойчивости к внешним дестабилизирующим факторам.

1. Мощный транзистор СВЧ, содержащий базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты, отличающийся тем, что базовая подложка из кремния выполнена толщиной менее 10 мкм, слой теплопроводящего поликристаллического алмаза имеет толщину, по меньшей мере равную 0,1 мм, а на поверхности эпитаксиальной структуры последовательно размещены дополнительный слой теплопроводящего поликристаллического алмаза и барьерный слой из двуокиси гафния, толщиной 1,0 - 4,0 нм, который в области затвора размещен под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя из твердого раствора AlGaN n-типа проводимости.

2. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что буферный слой выполнен из AlN.

3. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что буферный слой выполнен из HfN.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения. Мощный транзистор СВЧ с многослойной эпитаксиальной структурой содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты.

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники. В предлагаемом приборе объединены три полевых транзистора в единую вертикальную структуру с каналами n- и p-типами проводимости, между которыми образуется электрический переход, при этом исток p-канала расположен напротив стока n-канала, а сток p-канала - напротив истока n-канала.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники. Полупроводниковый прибор включает утоненную подложку из монокристаллического кремния р-типа проводимости, ориентированного по плоскости (111), с выполненным на ней буферным слоем из AlN, поверх которого выполнена теплопроводящая подложка в виде осажденного слоя поликристаллического алмаза толщиной, равной по меньшей мере 0,1 мм, на другой стороне подложки выполнена эпитаксиальная структура полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, исток из AlGaN, затвор, сток из AlGaN, омические контакты к истоку и стоку, припой в виде слоя, включающего AuSn, медный пьедестал и фланец.

Изобретение относится к области твердотельной электроники и может использоваться при создании устройств, предназначенных для усиления, генерирования и преобразования ВЧ- и СВЧ-колебаний.

Изобретение относится к силовым вертикальным транзисторам, содержащим МОП-структуру, изготавливаемую с применением двойной диффузии, имеющим электроды истока (эмиттера) и затвора на одной поверхности подложки, а электрод стока (коллектора) - на противоположной поверхности подложки.

Изобретение относится к гетероструктурам полупроводниковых приборов, главным образом полевых транзисторов. .

Изобретение относится к полупроводниковым приборам и может быть использовано в радиотехнических, СВЧ-устройствах и т.д. .

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полевым транзисторам на гетероструктурах с селективным легированием (ПТ ГСЛ). .

Изобретение относится к электронной технике, преимущественно к производству МДП СБИС. .

Изобретение относится к способу получения циклопропановых производных фуллеренов общей формулы 2 путем нагревания немодифицированного фуллерена с тозилгидразоном в присутствии растворителя и основания. При этом процесс ведут с тозилгидразоном эфира α-кетоуксусной кислоты общей формулы 1 где в общих формулах 1 и 2 радикал R обозначает линейный или разветвленный алифатический радикал Cn, где n находится в пределах от 1 до 50; радикал R1 обозначает ароматический радикал С6; Fu представляет собой фуллерен С60 или фуллерен С70, или высший фуллерен С>70, или смесь фуллеренов С60 и С70 (суммарное содержание 95.0-99.999% по весу) и высших фуллеренов (С>70, содержание 0.001-5.0% по весу). Способ позволяет получать производные фуллеренов, содержащие в своей структуре сложноэфирную группу, непосредственно присоединенную к циклопропановому фрагменту на фуллереновой сфере, используя доступные эфиры α-кетоуксусной кислоты. Изобретение также относится к применению циклопропановых производных фуллеренов общей формулы 2 в качестве полупроводниковых материалов для электронных полупроводниковых устройств, материалов для органического полевого транзистора и материалов для органической фотовольтаической ячейки. 6 н.п. ф-лы, 13 ил., 3 пр.

Изобретение относится к нитрид-галлиевым транзисторам с высокой подвижностью электронов (GaN HEMT) и в частности к конструкции GaN НЕМТ для высоковольтных применений. Нитрид-галлиевый транзистор с высокой подвижностью электронов выращивается на кремниевой подложке с нанесенной на нее темплейтной структурой толщиной 700-800 нм, состоящей из чередующихся слоев GaN/AlN толщиной не более 10 нм, между буферным и барьерным слоями внедряется спейсерный слой AlN толщиной не более 1 нм, на пассивационный слой наносится полевая пластина, электрически соединенная с затвором, расстояние между затвором и стоком и длина полевой пластины - взаимосвязанные величины и подбираются исходя из требуемого значения напряжения пробоя. Изобретение обеспечивает получение высоковольтного нитрид-галлиевого транзистора с высокой подвижностью электронов с высокими рабочими характеристиками при упрощении технологического цикла его создания, а также снижении требуемых для этого материальных затрат. 4 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний. Гетероструктурный модулировано-легированный полевой транзистор содержит фланец, пьедестал, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. Пьедестал имеет толщину 30-200 мкм и выполнен из теплопроводящего слоя CVD поликристаллического алмаза с имплантированным Ni и с отожженными приповерхностными слоями с двух сторон. Поверх пьедестала расположена подложка из монокристаллического кремния толщиной 10-20 мкм, буферный слой. На поверхности гетероэпитаксиальной структуры, между истоком, затвором и стоком, последовательно размещены дополнительные слои теплопроводящего поликристаллического алмаза, барьерный слой из двуокиси гафния и барьерный слой из оксида алюминия. При этом барьерные слои выполнены с суммарной толщиной 1,0-4,0 нм. Кроме того, в области затвора барьерные слои размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя из твердого раствора AlGaN. Технический результат заключается в повышении теплоотвода от пьедестала и активной области транзистора, обеспечении минимальных утечек тока затвора и достижении наименьшего коэффициента шума в ГГц-диапазоне частот. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний. Гетероструктурный модулировано-легированный полевой транзистор содержит фланец, пьедестал, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. Пьедестал имеет толщину по меньшей мере равную 150 мкм и изготовлен из теплопроводящего слоя CVD поликристаллического алмаза, выполненного с имплантированным Ni и отожженным. Поверх пьедестала расположена базовая подложка из GaAs, буферный слой, гетероэпитаксиальная гетероструктура на основе GaAs/AlGaAs/InGaAs, а на поверхности гетероэпитаксиальной структуры, между истоком, затвором и стоком, последовательно размещены дополнительные слои теплопроводящего поликристаллического алмаза, барьерный слой из двуокиси гафния и дополнительный барьерный слой из оксида металла, при этом барьерные слои выполнены с суммарной толщиной 1,0-4,0 нм. В области затвора барьерные слои размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде градиентного слоя из GaAs n-типа проводимости. Технический результат заключается в повышении теплоотвода от пьедестала и активной области транзистора, обеспечении минимальных утечек тока затвора и достижении наименьшего коэффициента шума в ГГц-диапазоне частот. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой зонд на основе полевого транзистора с наноразмерным каналом и может быть использовано при определении физико-химических и электрических параметров наноразмерных объектов физической, химической и биологической природы. Зонд включает наноразмерный чувствительный элемент, размещенный на острие и образующий канал транзистора, электроды, размещенные по одну сторону от острия, связанные с чувствительным элементом и выполняющие функции стока и истока транзистора. Чувствительный элемент выполнен в тонкопленочной структуре кремний-на-изоляторе, образованной на подложке. Слой кремния имеет градиентно изменяющуюся концентрацию легирующей примеси и выполнен так, что со стороны свободной поверхности, по меньшей мере на половине толщины, обладает металлической, а на оставшейся толщине до слоя изолятора - полупроводниковой проводимостью. Электроды выполнены на упомянутой свободной поверхности, разделены зазором и имеют сужающуюся к острию площадь, а чувствительный элемент представляет собой размещенный между электродами фрагмент слоя кремния, имеющего полупроводниковую проводимость, образованный путем удаления части кремния, имеющего металлическую проводимость. Техническим результатом является улучшение пространственного разрешения зонда при сохранении чувствительности и упрощении технологии изготовления. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к электронной технике. Модулированно-легированный полевой транзистор содержит фланец, пьедестал, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. Пьедестал изготовлен из теплопроводящего слоя поликристаллического алмаза. Поверх пьедестала размещен кристалл транзистора, содержащий последовательно размещенные базовую подложку из GaAs, буферные слои, гетероэпитаксиальную гетероструктуру на основе AlGaAs/GaAs, а на поверхности гетероэпитаксиальной структуры, между истоком, затвором и стоком, последовательно размещены слой диэлектрического покрытия и два барьерных слоя, выполненные из двуокиси гафния и оксида металла, при этом барьерные слои выполнены с суммарной толщиной 1,0-4,0 нм, в области затвора барьерные слои размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде градиентного слоя из GaAs n-типа проводимости. Технический результат заключается в снижении влияния DX центров на приборные характеристики, в увеличении подвижности основных носителей зарядов, в обеспечении минимальных утечек тока затвора, в повышении теплоотвода от пьедестала, в достижении наименьшего коэффициента шума в ГГц-диапазоне частот, а также в повышении эффективности и надежности мощных полевых транзисторов. 7 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к электронной технике. Полупроводниковая гетероструктура для мощного полевого транзистора СВЧ содержит на монокристаллической полуизолирующей подложке арсенида галлия последовательность полупроводниковых слоев каждый с заданными функциональными свойствами и техническими характеристиками - толщиной слоев, составом - качественным и количественным, концентрацией легирующей примеси. Полупроводниковая гетероструктура выполнена в виде прямой последовательности следующих упомянутых полупроводниковых слоев: буферный слой - GaAs, толщиной (150-400) нм, донорный слой - GaAs, толщиной (2-3) нм, легированный кремнием с концентрацией (6-8)×1018 см-3, спейсерный слой - GaAs, толщиной (2-5) нм, канальный слой - InyGa1-yAs, толщиной (8-12) нм, с содержанием химических элементов при у, равном (0,21-0,28), спейсерный слой - AlxGa1-xAs, толщиной (2-5) нм, с содержанием химических элементов при х, равном (0,20-0,24), донорный слой - AlxGa1-xAs, толщиной (3-6) нм, легированный кремнием с концентрацией (5-8)×1018 см-3, с содержанием химических элементов при х, равном (0,20-0,24), барьерный слой - AlxGa1-xAs, толщиной (10-30) нм, с содержанием химических элементов при х, равном (0,20-0,24), стоп-слой - InyGa1-yP, толщиной (2-4) нм, с содержанием химических элементов при y, равном (0,48-0,51), барьерный слой - AlxGa1-xAs, толщиной 10-20 нм, с содержанием химических элементов при х, равном (0,20-0,24), градиентный слой AlxGa1-xAs, толщиной (8-12) нм, легированный кремнием с концентрацией (3-5)×1018 см-3, толщиной (8-12) нм, легированный кремнием с концентрацией (3-5)×1018 см-3, с содержанием химических элементов при х, равном (0,20-0,24), с линейным изменением х до ноля по толщине слоя со стороны полуизолирующей подложки арсенида галлия, контактный слой - GaAs из двух частей - нижней, толщиной (30-50) нм, легированной кремнием с концентрацией (3-5)×1018 см-3, верхней, толщиной (10-20) нм, легированной кремнием с концентрацией (8-10)×1018 см-3, причем количественный состав упомянутых полупроводниковых слоев выражен в мольных долях. Технический результат - снижение плотности дефектов и повышение выхода годных полупроводниковых гетероструктур, повышение выходной мощности и верхней границы частотного диапазона и соответственно расширение диапазона рабочих частот полевого транзистора СВЧ и его выхода годных. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Наверх