Псевдоморфный гетеростуктурный модулировано-легированный полевой транзистор



Псевдоморфный гетеростуктурный модулировано-легированный полевой транзистор
Псевдоморфный гетеростуктурный модулировано-легированный полевой транзистор
Псевдоморфный гетеростуктурный модулировано-легированный полевой транзистор
Псевдоморфный гетеростуктурный модулировано-легированный полевой транзистор
Псевдоморфный гетеростуктурный модулировано-легированный полевой транзистор

 


Владельцы патента RU 2534447:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" (RU)

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 электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний.

Гетероструктурные полевые транзисторы с модулированным легированием (ПТМЛ, MODFET) на основе соединений полупроводниковых материалов групп AIIIBV в настоящее время являются самыми быстродействующими полевыми транзисторами, позволяя одновременно достигать наименьшие коэффициенты шума в ГГц-диапазоне частот. Высокое быстродействие достигается за счет эффекта увеличения дрейфовой скорости электронов, образующих двумерный электронный газ у интерфейса модулировано-легированной гетероструктуры (МЛГС).

Из "Уровня техники" известен полевой СВЧ-транзистор, содержащий подложку, на которой сформирован буферный слой из широкозонного полупроводника, на котором расположен активный слой из узкозонного полупроводника с электродами истока, стока и затвора. Кроме того, активный слой под электродом затвора выполнен неравномерно-легированным. При этом концентрация легирующей примеси в направлении электрод истока - электрод стока монотонно возрастает от значения, соответствующего концентрации остаточных примесей, до значения, соответствующего концентрации примесей в буферном слое, а концентрация примесей в буферном слое на 4-5 порядков превышает концентрацию остаточных примесей в активном слое (см. А.С. СССР №1118245, опубл. 19.06.1995).

Недостатками известного устройства являются низкое значение СВЧ-мощности, низкое значение теплоотвода от активной части транзистора и наличие низкочастотных шумов.

Кроме того, известен полевой транзистор на основе нитридов галлия и алюминия, структура которого последовательно включает: подложку, слой GaN, барьерный слой, выполненный из двух подслоев: Al0,2Ga0,8N, на нем GaN. На структуре выполнены контакты: сток, исток и затвор с соответствующими промежутками между ними; далее выполнено диэлектрическое покрытие из MgO, Sc2O3 или SiNx. Между контактами диэлектрическое покрытие находится на барьерном слое и служит для защиты открытых поверхностей барьерного слоя от внешних воздействий, см. B. Luo et al. The role of cleaning conditions and epitaxial layer structure on reliability of Sc2O3 and MgO passivation on AlGaN/GaN HEMTS, Solid-State Electronics, 46, pp.2185-2190, 2002.

Недостатком известного устройства является высокий уровень деградации, обусловленный низким значением теплоотвода от активной части транзистора.

Задачей настоящего изобретения является устранение всех вышеуказанных недостатков.

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.

Технический результат обеспечивается тем, что гетероструктурный модулированно-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. Кроме того, в области затвора барьерные слои размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде градиентного слоя из GaAs n-типа проводимости.

В соответствии с частными случаями выполнения устройство имеет следующие особенности.

Дополнительный барьерный слой может быть выполнен из Al2O3, или из ZrO2, или из La2O3, или из Y2O3.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями:

фиг.1 - схематическое изображение энергетических зон у модулированно-легированного гетероперехода n-AlGaAs/GaAs;

фиг.2 - отображает кристалл транзистора;

фиг.3 - отображает зависимость доли DX-центров в общем числе введенных доноров от уровня легирования слоя AlXGa1-XAs:Si в МЛГС AlGaAs/GaAs;

фиг.4 - приведены вольтамперные характеристики мощного транзистора СВЧ без дополнительных слоев на поверхности кристалла транзистора;

фиг.5 - приведены вольтамперные характеристики мощного транзистора СВЧ с дополнительными слоями.

На фиг.2 отображены следующие конструктивные элементы:

1 - базовая подложка из полуизолирующего GaAs;

2 - первый буферный слой;

3 - второй буферный слой из GaAs;

4 - сверхрешетка из AlXGa1-XAs/GaAs;

5 - третий буферный слой;

6 - сильнолегированный n-AlXGa1-XAs;

7 - спейсер AlXGa1-XAs;

8 - сглаживающий слой;

9 - канал InyGa1-yAs;

10 - сглаживающий слой;

11 - спейсер AlXGa1-XAs;

12 - сильнолегированный слой n-типа;

13 - барьерный слой;

14 - барьерный слой n-GaAs;

15 - градиентный слой;

16 - контактный слой;

17 - исток;

18 - затвор;

19 - сток;

20 - омические контакты;

21 - дополнительный теплопроводящий слой CVD полиалмаза;

22 - дополнительный барьерный слой из двуокиси гафния;

23 - дополнительный барьерный слой из двуокиси металла.

Кристалл транзистора крепят на подслой из AuGe, который размещают на пьедестале из теплопроводящего слоя CVD полиалмаза, подвергнутого отжигу после имплантации Ni в его приповерхностные слои. На другой стороне пьедестала размещают слой припоя AuSn. Затем вся структура размещается на фланец.

СВЧ-транзистор разработан на основе эпитаксиальной гетероструктуры GaAs/AlGaAs/InGaAs. Конструкция гетероструктуры приведена в таблице №1, а в таблице №2 представлены основные электрофизические параметры гетеростуктур.

Таблица 1
Слой транзисторной гетероструктуры,
Назначение
Состав
x, y
Толщина Уровень
Легирования,
см-3
базовая подложка из полуизолирующего GaAs 625±25 мкм
первый буферный слой 200 нм Нелегированный
второй буферный слой из GaAs 200 нм Нелегированный
сверхрешетка из AlXGa1-XAs/GaAs 0,22/0,00 (2 нм/2 нм)×10 Нелегированный
третий буферный слой 0,22 100 нм Нелегированный
сильнолегированный n-AlXGa1-XAs 0,22 4,5 нм 3×1018
спейсер AlXGa1-XAs 0,22 2 нм Нелегированный
сглаживающий слой 3 нм Нелегированный
канал InyGa1-yAs 0,16-0,18 12 нм Нелегированный
сглаживающий слой 1,5 нм Нелегированный
спейсер AlXGa1-XAs 0,22 2 нм Нелегированный
сильнолегированный слой n-типа 0,22 16 нм 3×1018
барьерный слой n-типа 0,22 13 нм 5×1016
барьерный слой n-GaAs 15 нм 5×1016
градиентный слой n-типа 20 нм 5×1016- 4×1018
контактный слой n-типа 50 нм 4×1018
Таблица 2
Температура, K Слоевая концентрация носителей заряда в канале не менее, см-2 Подвижность носителей заряда в канале не менее, см2/(B*c)
77 3,0*1012 1,3*104
300 3,0*1012 5,0*103

Изготовление многослойных наногетероструктур твердых растворов GaAs/AlGaAs/InGaAs осуществлялось молекулярно-пучковой эпитаксией.

Настоящее устройство производят следующим образом.

На фланце марки МД-40 толщиной 1600 мкм размещают слой припоя состава AuSn толщиной 25 мкм, затем в заготовленный в качестве пьедестала слой теплопроводящего CVD поликристаллического алмаза толщиной ~170 мкм, в обе приповерхностные области которого, предварительно, способом имплантации введен никель и проведен отжиг. Затем после размещения на поверхности теплопроводящего слоя CVD поликристаллического алмаза размещают подслой из AuGe с содержанием Ge до 12%, толщиной ~25 мкм. Затем на поверхности подслоя AuGe устанавливают кристалл транзистора (фиг.3). Кристалл транзистора содержит последовательно размещенные базовую подложку 1, состоящую из полуизолирующего GaAs толщиной 625 мкм, первый нелегированный буферный слой 2, толщиной 200 нм, второй нелегированный буферный слой 3 из GaAs толщиной 200 нм, сверхрешетку 4 AlXGa1-XAs/GaAs - нелегированный слой толщиной (2 нм/2 нм)*10, третий нелегированный буферный слой 5 толщиной 100 нм, сильнолегированный слой 6 AlXGa1-XAs n-типа концентрацией 3*108 см-3, толщиной 4,5 нм, спейсер 7 AlXGa1-XAs, нелегированный, толщиной 2 нм, нелегированный сглаживающий слой 8 толщиной 3 нм, канал 9 из InyGa1-yAs, нелегированный, толщиной 12 нм, нелегированный сглаживающий слой 10 толщиной 15 нм, спейсер 11 AlXGa1-XAs, нелегированный, толщиной 2 нм, сильнолегированный слой 12 Hs AlXGa1-XAs толщиной 16 нм, барьерный слой 13 толщиной 13 нм, барьерный слой 14 из GaAs n-типа толщиной 15 нм, градиентный слой 15 из GaAs n-типа толщиной 20 нм, низкоомный локальный контактный слой 16 n-типа толщиной 50 нм, исток 17, затвор 18, сток 19, омические контакты 20. Кроме того, устройство снабжают дополнительными слоями, размещенными между истоком 17, затвором 18 и стоком 19. Дополнительные слои выполняют в виде теплопроводящего CVD поликристаллического алмаза 21, барьерного слоя из двуокиси гафния 22 и дополнительного барьерного слоя из оксида металла 23, в качестве которого может быть использован Al2O3, или ZrO2, или La2O3, или Y2O3. При этом барьерные слои 22, 23 выполнены с суммарной толщиной около 4,0 нм. В области затвора 18 барьерные слои 22, 23 размещены под затвором 18, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде градиентного слоя 15 из GaAs n-типа проводимости.

Преимуществами настоящего устройства являются:

1) снижение плотности ростовых дефектов и улучшение электрической изоляции между каналом транзистора и подложкой за счет выполнения дополнительного буферного слоя в виде короткопериодной сверхрешетки AlXGa1-XAs/GaAs;

2) улучшение ограничения носителей в канале короткозатворного транзистора;

3) обеспечение оптимизации отвода тепла из активной области кристалла транзистора и минимизации утечек.

4) отсутствие трудоемких операций при изготовлении;

5) увеличение пробивного напряжения транзистора на по меньшей мере 30%.

На фигурах 4 и 5 приведены вольт-амперные характеристики: фиг.4 - без слоя изолирующего поликристаллического алмаза, на поверхности кристалла СВЧ транзистора, между истоком, затвором и стоком и дополнительных барьерных слоев под затвором; 5) - со слоями изолирующего поликристаллического алмаза на поверхности кристалла транзистора, между истоком, затвором и стоком, а также дополнительными слоями из двуокиси гафния и оксида алюминия под затвором транзистора и поверхизолирующего поликристаллического алмаза.

Размещение слоя изолирующего поликристаллического алмаза на поверхности кристалла СВЧ-транзистора, между истоком, затвором и стоком, уменьшает тепловое сопротивление транзисторной структуры более чем в 1.5 раза и благодаря наличию на поверхности кристалла транзистора слоя теплопроводящего поликристаллического алмаза одновременно с барьерными слоями двуокиси гафния и оксида алюминия, размещенных под затвором, повышает величину пробивного напряжения на более 30%, что обеспечивает повышение эффективности предложенного изобретения.

Все вышеперечисленные преимущества позволяют создавать твердотельные СВЧ-блоки и модули с улучшенными параметрами, предназначенные для антенных фазированных решеток и других радиоэлектронных систем.

1. Гетероструктурный модулированно-легированный полевой транзистор, содержащий фланец, пьедестал, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты, отличающийся тем, что 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, кроме того, в области затвора барьерные слои размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде градиентного слоя из GaAs n-типа проводимости.

2. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что дополнительный барьерный слой выполнен из Al2O3.

3. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что дополнительный барьерный слой выполнен из ZrO2.

4. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что дополнительный барьерный слой выполнен из La2O3.

5. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что дополнительный барьерный слой выполнен из Y2O3.



 

Похожие патенты:

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.

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 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.

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 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.
Изобретение относится к химии и технологии полимеров и касается способов получения термостойкого нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна, которое может найти применение в текстильной промышленности, в строительстве, а также в других отраслях промышленности.

Группа изобретений может быть использована при изготовлении материалов для электротехнической и химической промышленности. Графитсодержащий компонент смешивают с наполнителем на основе каолина, проводят сухое перемешивание с одновременным диспергированием последовательно в барабанном и центробежном смесителях.

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.

Многофункциональная сенсорная микроэлектромеханическая система (МЭМС) предназначена для использования в газоанализаторах, в медицине в качестве биосенсоров, в микроэлектронике и других высокотехнологичных областях для контроля технологических процессов.
Изобретение относится к медицине, а именно к лучевой терапии опухолей. Способ включает введение в опухоль средства, содержащего наноразмерные частицы золота и йодсодержащее контрастное вещество.
Изобретение относится к области медицины, а именно к фармации, и касается разработки медицинских стоматологических карандашей, содержащих кальция глюконат, и может быть использовано в комплексном лечении заболеваний полости рта, связанных с недостатком кальция в организме.

Изобретение относится к полупроводниковым структурам, используемым для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. Фотовольтаическая однопереходная структура представляет собой двухслойный компонент p-n гетероперехода a-SiC/c-Si.
Изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений, в частности к способам получения полимерных носителей путем химической модификации исходных полимерных микросфер на основе сополимера акролеина-стирола, полученных безэмульгаторной радикальной полимеризацией.

Изобретение может быть использовано в космической технике, строительстве, в химической, пищевой и легкой промышленности. Пигмент для светоотражающих покрытий содержит смесь частиц диоксида циркония со средним размером 3 мкм и наночастицы диоксида циркония размером 30-40 нм.

Использование: для диагностики реальной структуры кристаллов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют электронно-микроскопическое и микродифракционное исследования кристалла, при этом в случае присутствия на электронно-микроскопическом изображении исследуемого нанотонкого кристалла картин изгибных экстинкционных контуров проводят анализ симметрии картин контуров и при выявлении элементов симметрии, отличных от тождественного преобразования, по результатам микродифракционного исследования диагностируют реальную структуру одного из симметрично равных участков нанотонкого кристалла, а затем диагностируют реальную структуру другого как симметрично равную реальной структуре исследованного участка, после чего диагностируют реальную структуру нанотонкого кристалла в целом. Технический результат: обеспечение возможности повышения экспрессности диагностики реальной структуры нанотонких кристаллов. 7 ил., 5 табл.
Наверх