Полупроводниковая транзисторная наногетероструктура на подложке gaas с модифицированным стоп-слоем alxga1-xas


 


Владельцы патента RU 2582440:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) (RU)

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления монолитных интегральных схем, оперирующих в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн. Согласно изобретению предложена полупроводниковая транзисторная гетероструктура на подложке GaAs с модифицированным стоп-слоем AlxGa1-xAs. Модифицированный стоп-слой AlxGa1-xAs выращивается с градиентом мольной доли алюминия от х=0.23 до х0=0.26÷0.30 и с толщиной 1÷10 нм. Изобретение обеспечивает точный контроль глубины травления с помощью введения стоп-слоя, который не должен оказывать негативное влияние на параметры полевого транзистора, при этом негативное влияние выражается в уменьшении пробивного напряжения и рабочих токов, ухудшении управляемости транзистора, увеличении сопротивление омических контактов. 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления монолитных интегральных схем, оперирующих в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн.

Уровень техники

Для того чтобы вытравить рецессы (углубления) в гетероструктурах для дальнейшего формирования в них электродов, используют стоп-слой - эпитаксиальный слой в составе гетероструктуры, скорость травления которого определенным травителем значительно (в 100-1000 раз) меньше скорости травления вышележащих слоев, отличающихся от стоп-слоя химическим составом. Особенно важным встает вопрос подбора стоп-слоя при разработке конструкции гетероструктур для полевых транзисторов, так как современные транзисторные гетероструктуры имеют активные слои с толщинами до монослоя и точность глубины травления становится одним из ключевых параметров при технологии изготовления затвора.

В транзисторных гетероструктурах на подложке GaAs для формирования подзатворного рецесса необходимо стравить контактный слой n+-GaAs. Для этой цели используют фосфорсодержащие стоп-слои AlGaP [1], InAlP [1], InGaP [2, 3, 4]. Наличие фосфора в стоп-слое позволяет применять жидкостное травление, а наличие алюминия - сухое травление [1]. Недостатком таких стоп-слоев является необходимость наличия источника фосфора в установке эпитаксии, в то время как все остальные слои гетероструктуры выращиваются только на основе твердых растворов (In, Ga, Al) As без использования фосфора.

Также используются стоп-слои AlAs [5, 6, 7, 8]. Их выращивание не требует наличия дополнительного источника в эпитаксиальных установках. При использовании определенных травителей они обладают значительно большей селективностью, чем стоп-слои AlGaAs: так, при использовании травителя C6H8O7:H2O:H2O2 скорости травления AlxGa1-xAs и GaAs относятся как 1:100 при х=0.3 и 1:1400 при х=1 [7]. Недостатки стоп-слоев AlAs следующие: во-первых, сильная окисляемость AlAs [9]; во-вторых, более шероховатая поверхность слоя AlAs по сравнению со слоем GaAs, так как скорость миграции атомов Ga по поверхности растущего слоя значительно больше, чем скорость миграции атомов А1 [10]; в-третьих, стоп-слой AlAs, располагающийся между омическими контактами и каналом, ухудшает свойства омических контактов, а также изменяет зонную структуру транзисторной гетероструктуры.

Также используются стоп-слои AlxGa1-xAs с х≥0.3 [11, 12, 13, 14]. Они имеют следующие недостатки. В транзисторных гетероструктурах на подложках GaAs донорными атомами Si легируются слои AlxGa1-xAs с мольной долей алюминия x≤0.23. При x>0.23 самым низким энергетическим состоянием для донорных атомов Si являются DX-центры, которые становятся стабильными при захвате двух электронов. Негативное влияние DX-центров на работу полевых транзисторов проявляется в уменьшении пробивного напряжения, коллапсе вольт-амперной характеристики, уменьшении рабочих токов. Также введение отдельных стоп-слоев Al0.30Ga0.70As усложняет технологию роста гетероструктур методом молекулярно-лучевой эпитаксии, так как после выращивания слоя Al0.23Ga0.77As необходимо прервать процесс эпитаксиального роста для прецизионного увеличения потока Аl, чтобы вырастить стоп-слой Al0.30Ga0.70As. Кроме того, выращивание стоп-слоя Al0.30Ga0.70As увеличивает расстояние между квантовой ямой InyGa1-yAs и затвором, что ухудшает управляемость транзистора.

Наиболее близкой к предлагаемой гетероструктуре и принятой в качестве прототипа настоящего изобретения является транзисторная гетероструктура, описанная в патенте [15]. В ней предусмотрено наличие двух тонких стоп-слоев AlxGa1-xAs, используемых для двойного травления рецессов для затворного и омических контактов. В прототипе используются однородные стоп-слои AlxGa1-xAs с постоянным содержанием алюминия. При x=0.23 недостатком прототипа является относительно невысокая селективность жидкостных травителей на гетерогранице GaAs/Al0.23Ga0.77As, что, как следствие, может приводить к неконтролируемому увеличению глубины травления. Кроме того, технология молекулярно-лучевой эпитаксии позволяет выращивать полупроводниковые слои с точностью состава до 2% [16], что усложняет рост стоп-слоя AlxGa1-xAs с х=0.23. При х>0.23 к недостаткам прототипа можно отнести увеличение сопротивления омических контактов, негативное влияние DX-центров на параметры транзисторов. Также введение дополнительного слоя, которым является стоп-слой, увеличивает расстояние между каналом и затвором транзистора, что ухудшает управляемость транзистора.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является точный контроль глубины травления при рецессе затворного контакта полевого транзистора с помощью введения стоп-слоя, который не должен оказывать негативное влияние на параметры полевого транзистора.

Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является создание конструкции транзисторной гетероструктуры (см. фиг. 1) с модифицированным стоп-слоем AlxGa1-xAs (7), который должен обладать высокой селективностью для жидкостных травителей при стравливании контактного слоя n+-GaAs (8) для формирования рецесса затворного контакта полевого транзистора, а также минимизировать образование дефектов, которые будут являться ловушками для электронов проводимости. Под стоп-слоем подразумевается полупроводниковый слой в составе гетероструктуры, скорость травления которого определенным травителем значительно меньше скорости травления вышележащих слоев, отличающихся от стоп-слоя химическим составом. Негативное влияние стоп-слоя на параметры транзистора проявляется в уменьшении пробивного напряжения и рабочих токов, ухудшении управляемости транзистора и увеличении сопротивление омических контактов.

Зависимость мольной доли алюминия х от толщины гетероструктуры h в области модифицированного стоп-слоя представлен на фиг. 2. Штриховая линия на фиг. 2 соответствует традиционному стоп-слою, сплошная линия соответствует модифицированному стоп-слою. По сравнению с традиционным стоп-слоем однородного состава AlxGa1-xAs, описанным в прототипе, модифицированный стоп-слой Alx(h)Ga1-x(h)As обладает градиентом химического состава, причем мольная доля алюминия увеличивается от х=0.23 до х0=0.26÷0.30 на толщине h2-h1=1÷10 нм.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображена схема полупроводниковой транзисторной гетероструктуры с модифицированным стоп-слоем на подложке GaAs, относящейся к настоящему изобретению.

На фиг. 2 изображен профиль мольной доли алюминия х в барьерном слое Al0.23Ga0.77As (6) и модифицированном стоп-слое AlxGa1-xAs (7) транзисторной гетероструктуры на подложке GaAs. Штриховая линия соответствует традиционному стоп-слою, сплошная линия соответствует модифицированному стоп-слою, х0=0.26÷0.30.

Осуществление изобретения

Рост слоев транзисторной гетероструктуры осуществляется методом молекулярно-лучевой эпитаксии. После проведение модулированного легирования (объемное легирование или дельта-легирование) слоя Al0.23Ga0.77As (5), выращивается барьерный слой Al0.23Ga0.77As (6) толщиной 2÷5 нм, с учетом длины диффузии и сегрегации донорных атомов к поверхности гетероструктуры. Следующим слоем является модифицированный стоп-слой AlxGa1-xAs (7) с градиентом химического состава в направлении роста. Начальное содержание алюминия в данном слое составляет х=0.23, а содержание алюминия в конце роста слоя х0=0.26÷0.30, что определяется требованиями точности глубины рецесса при выбранном травителе. Верхним слоем транзисторной гетероструктуры является объемно легированный контактный слой n+-GaAs (8).

Источники информации

[1] Patent US 7538365 В2. Field effect transistor and phosphorus etch stop layer / Matthew Francis O′Keefe, Michael Charles Clausen, Richard Alun Davies, Robert Grey; Filtronic PLC. - Appl. No. 11/153785; filling date 15.06.2005; publication date 26.05.2009.

[2] Patent US 8288260 B1. Field effect transistor with dual etch-stop layers for improved power, performance and reproducibility/Allen W. Hanson; M/A-COM Technology Solutions Holdings, Inc. - Appl. N13/173015; filling date 30.06.2011; publication date 16.10.2012.

[3] Patent US 6307221 B1. InxGa1-xP etch stop layer for double recess pseudomorphic high electron mobility transistor structures / David Danzilio; The Whitaker Corporation. - Appl. No. 09/195478; filling date 18.11.1998; publication date 23.18.2001.

[4] Патент 2463685 РФ. Интегральный полевой транзистор с размерным квантованием энергии / Воробьев А.А., Галдецкий А.В., Лапин В.Г.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное предприятие «Исток» (ФГУП НПП «Исток»). - №2011123071/28; заявл. 07.06.11; опубл. 10.10.12, Бюл. №28.

[5] Patent US 5175740. Semiconductor laser and method of fabricating same / Boris S. Elman, Wayne F. Sharfin; GTE Laboratories Inc. - Appl. N734827; filling date 24.07.1991; publication date 19.12.1992.

[6] Patent US 8610173 B2. Enhancement/depletion PHEMT device / Alessandro Chini, Claudio Lanzieri; Selex Sistemi Integrati S.p.A. - Appl. N13/561860; filling date 30.07.2012; publication date 17.12.2013.

[7] Patent US 2010/0218819 A1. Semiconductor optoelectronic devices and methods for making semiconductor optoelectronic devices / Corrie Farmer, Colin Stanley; The University Court of the University of Glasgow. - Appl. N12/681390; filling date 06.10.2008; publication date 02.09.2010.

[8] Patent US 7678629 Bl. Method for fabricating a recessed ohmic contact for a PHEMT structure / Jerod F. Mason, Dylan C. Bartle; Skyworks Solutions, Inc. - Appl. N11/827001; filling date 09.07.2007; publication date 16.03.2010.

[9] Kent D. Choquette, К.M. Geib, H.C. Chui, В.E. Hammons, H.Q. Hou, T.J. Drummond, Robert Hull. Selective oxidation of buried AlGaAs versus AlAs layers//Appl. Phys. Lett. - 1996.-Vol. 69. - P. 1385-1387.

[10] W.P. Hong, J. Singh, P.K. Bhattacharya. Interface roughness scattering in normal and inverted http://Ino.53Gao.47As-Ino.52Alo.48As modulation-doped. IEEE Electron Device Letters, vol. EDL-7, no. 8, 1986.

[11] Patent US 6110393. Epoxy bond and stop etch fabrication method / Jerry A. Simmons, Mark V. Weckwerth, Wes E. Baca; Sandia Corporation. - Appl. N09/066091; filling date 23.04.1998; publication date 29.08.2000.

[12] Patent US 5420066. Method for producing semiconductor laser device using etch stop layer / Akibiro Shima, Takeshi Miura, Tomoko Kadowaki, Norio Hayafuji; Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha. - Appl. N267211; filling date 06.07.1994; publication date 30.05.1995.

[13] Patent US 5357535. Semiconductor laser including an aluminium-rich AlGaAs etch stopping layer / Akibiro Shima, Takeshi Miura, Tomoko Kadowaki, Norio Hayafuji; Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha. - Appl. N1547; filling date 06.01.1993; publication date 18.10.1994.

[14] J.K. Abrokwah et al. High-performance self-aligned p+/n GaAs epitaxial JFET′s incorporating AlGaAs etch-stop layer // IEEE Transactions on Electron Devices. - 1990. - Vol. 37, N6. - P. 1529.

[15] European Patent 0892441 B1. Method for manufacturing a field effect transistor with recessed gate / Junko Morikawa; NEC Electronics Corporation. - Appl. No. 98110701.4; priority date 11.06.1997; filing date 10.06.1998; publication date 26.11.2008, Bulletin 2008/48.

[16] L.H. Robins, J.T. Armstrong, R.B. Marinenko, A.J. Paul, J.G. Pellegrino. High-accuracy determination of the dependence of the photoluminescence emission energy on alloy composition in AlxGa1-xAs films // Journal of Applied Physics. - 2003. - Vol. 93, N7. - P. 3747-3759.

Полупроводниковая транзисторная гетероструктура на подложке GaAs с модифицированным стоп-слоем AlxGa1-xAs, отличающаяся тем, что модифицированный стоп-слой AlxGa1-xAs выращивается с градиентом мольной доли алюминия от x=0.23 до x0=0.26÷0.30 и с толщиной 1÷10 нм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. Биполярный транзистор, изготовленный на основе гетероэпитаксиальных структур, включает сапфировую подложку, на которой последовательно размещены буферный слой из нелегированного GaN, субколлекторный слой из сильнолегированного GaN n+-типа проводимости, коллектор из GaN n-типа проводимости, база, содержащая два слоя из твердого раствора InxGa1-xN р+-типа проводимости, эмиттер, содержащий два слоя из AlyGa1-yN n-типа проводимости, контактные слои и омические контакты.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники. Биполярный транзистор, выполненный на основе гетероэпитаксиальных структур SiGe, включает подложку из высокоомного кремния с кристаллографической ориентацией (111), буферный слой из нелегированного кремния, субколлекторный слой из сильнолегированного кремния n-типа проводимости, поверх которого сформирован коллектор из кремния n-типа проводимости, тонкая база из SiGe р-типа проводимости, эмиттер из кремния n-типа проводимости, контактные слои на основе кремния n-типа проводимости и омические контакты.

Изобретение относится к конструированию высоковольтных сверхвысокочастотных биполярных транзисторов. .

Изобретение относится к полупроводниковым наногетероструктурам, используемым для изготовления СВЧ транзисторов и монолитных интегральных схем с высокой рабочей частотой и большими пробивными напряжениями.

Изобретение относится к полупроводниковым метаморфным наногетероструктурам, используемым для изготовления СВЧ-транзисторов и монолитных интегральных схем с высокой рабочей частотой и большими пробивными напряжениями.

Использование: для создания компьютерных систем на основе мемристорных устройств со стабильными и повторяемыми характеристиками. Сущность изобретения заключается в том, что мемристорный материал включает наноразмерный слой фтористого лития, содержащего нанокластеры металла, причем наноразмерный слой выполнен в виде пленки на диэлектрической подложке, а в качестве материала для нанокластеров использована медь.
Изобретение относится к медицине. Описан способ нанесения биокерамического покрытия на имплантатах из биосовместимых металлов и сплавов путем смешивания порошка гидроксиапатита с биологически совместимым связующим веществом, в качестве которого используют фосфатные связки при соотношении связки и порошка 1,0-1,5:1,5-2,0, с добавлением в получаемую суспензию наночастиц серебра при соотношении суспензии и наночастиц серебра 1,0-1,1:0,01-0,03.

Использование: для изготовления сверхпроводниковых датчиков излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления сверхпроводящих многосекционных оптических детекторов, включающий формирование отдельных секций из сверхпроводящих нанопроводов, образующих рисунок в виде меандра, и сверхпроводящих соединительных проводов для соединения секций через токоограничители с контактными площадками, токоограничители формируют путем нанесения на сформированную структуру защитной резистивной маски, вскрытия в ней окон над отрезками соединительных проводов меандра с контактной площадкой и преобразованием их в несверхпроводящие за счет селективного изменения атомного состава воздействием пучка ускоренных частиц через защитную маску.

Изобретение относится к области органической электроники, а именно к устройствам памяти на основе органических полевых транзисторов, изготовленных с использованием фотохромных соединений в составе активного слоя, расположенного на границе между слоем полупроводникового материала и диэлектрика.

Изобретение относится к технологии получения неорганических ультрадисперсных материалов и может быть использовано в химической, металлургической, нефтехимической, электронной и медицинской областях промышленности.

Изобретение относится к области инкапсуляции. Описан способ получения нанокапсул антибиотиков.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции лекарственного препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядер нанокапсул используются цефалоспориновые антибиотики, в качестве оболочки - полудан при соотношении оболочка:ядро 3:1, при этом к водному полудану добавляют порошок цефалоспоринового антибиотика и препарат Е472 с в качестве поверхностно-активного вещества, при перемешивании после растворения компонентов реакционной смеси по каплям приливают петролейный эфир, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают, промывают петролейным эфиром и сушат.

Изобретение относится к нанотехнологиям, а именно к области использования графена (мультиграфена) и может найти широкое применение для изготовления датчиков влажности резистивного типа, применяемых в радиотехнике, электронной промышленности, энергетике и сельском хозяйстве.

Группа изобретений относится к медицине. Описан антисептический многослойный материал, содержащий текстильную основу и покрытие из полимерного волокнистого материала, в котором покрытие представляет собой воздухо- и паропроницаемую наномембрану, сформированную многокомпонентным антимикробным фильтрующим слоем нановолокон из полимерного волокнистого материала, в качестве которого используют полиамид, или полиакрилонитрил, или этиленвинилацетат, или полиэтилентерефталат, или поликапролактан, или поливинилиденфторид, или полиуретан, или полистирол, или полиэтиленоксид, или полиэтилен в сочетании с полимерной составляющей - полигексаметилгуанидин гидрохлоридом, в который между молекулярными структурами полимерного волокнистого материала с полигексаметилгуанидином гидрохлоридом введены наночастицы коллоидного или кластерного серебра, при этом диаметры нановолокон составляют 50-150 нм.

Изобретение относится к обработке текстильных материалов. Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов заключается в обработке войлочного материала в суспензии спирт-нанопорошок гидрофобного диоксида кремния марки Wacker HDK Н20 (Германия) под воздействием акустической кавитации в ультразвуковой ванне.
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения карбоновых кислот в водных растворах глиоксаля. В процессе синтеза глиоксаля образуются примеси гликолевой и глиоксалевой кислот, которые мешают дальнейшему его использованию, так как наряду с последним вступают в реакции конденсации, сильно загрязняя продукты на основе глиоксаля. С целью анализа разделения кислот проводят на колонке Zorbax Sb-Aq размерами 150×3 мм, размер зерна 5 мкм. При этом адсорбировавшиеся на колонке кислоты элюируют смесью: 99% вода, 1% ацетонитрил+Н3PO4, pH=2, со скоростью 0,5 мл/мин. Причем в качестве детектора используют спектрофотометрический детектор с длиной волны 210 нм с последующим определением площадей хроматографических пиков глиоксалевой и гликолевой кислот в водном растворе глиоксаля. Техническим результатом является разработка способа хроматографического определения гликолевой и глиоксалевой кислот с целью определения их массовой доли в растворе глиоксаля. 1 пр.

Изобретение относится к медицине и биологии и может быть использовано для бесконтактного манипулирования, концентрирования и сортировки бактериальных клеток E.coli и/или диамагнитных микрочастиц в микрофлюидных системах. Для этого создают направленную диффузию, используя эффект вытеснения объектов из градиента концентрации парамагнитных наночастиц CoFe2O4. Изобретение обеспечивает бесконтактное манипулирование, концентрирование и сортировку жизнеспособных бактерий E.coli без жгутиков. 11 ил., 1 пр.

Настоящее изобретение относится к добавке к смазочным маслам и пластичным смазкам, включающей диоксид кремния, углерод, при этом в качестве углерода она содержит углерод синтетический с «луковицеобразной» структурой наночастиц и средним размером частиц 30 нм, диоксид кремния со средним размером частиц 10 нм при следующем соотношении компонентов, % мас: диоксид кремния 99,0-99,9; углерод синтетический 0,1-1,0. Техническим результатом настоящего изобретения является снижение расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания. 3 табл., 5 ил.

Изобретение относится к области инкапсуляции. Описан способ получения нанокапсул антибиотиков - цефтриаксона или цефотаксима. В качестве оболочки нанокапсул используют α- или β-интерферон человеческий лейкоцитарный. Согласно способу по изобретению антибиотик добавляют в 1% водный раствор интерферона в присутствии препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, при массовом соотношении цефтриаксона или цефотаксима и интерферона 3:1, соответственно. Затем перемешивают и добавляют гексан. Полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают, промывают и сушат. Процесс получения нанокапсул осуществляется при 25°С в течение 15 мин. Изобретение обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул, уменьшение потерь при их получении (увеличение выхода по массе). 1 ил., 5 пр.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ измерения дисперсии распределения магнитных моментов наночастиц в магнитной жидкости и предназначено для контроля магнитных жидкостей, когда требуется малая дисперсия магнитных моментов наночастиц. При реализации способа получают зависимость намагниченности M от магнитной индукции B, определяют по этой зависимости намагниченность насыщения Mнас и средний магнитный момент Pср на конечном участке кривой намагничивания, вычисляют значение индукции магнитного поля B*, при которой параметр Ланжевена (к - постоянная Больцмана, Т - температура), находят начальную магнитную восприимчивость , при этом находят эффективную намагниченность насыщения и по формуле Д=(Mнас*-Mнас)(Pср)2/Mнас определяют дисперсию распределения магнитных моментов. Технический результат заключается в повышении объективности и точности магнитно-гранулометрического анализа магнитных жидкостей. 1 табл., 2 ил.

Флэш элемент памяти электрически перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства предназначен для хранения информации при отключенном питании. На полупроводниковой подложке с истоком и стоком между последними выполнены туннельный слой, дополнительный туннельный слой, запоминающий слой, блокирующий слой и затвор. При этом дополнительный туннельный и блокирующий слои выполнены из материала с высоким значением диэлектрической проницаемости, от 5 до 2000, превосходящим диэлектрическую проницаемость материала туннельного слоя, выполненного из SiO2. Запоминающий слой выполнен в виде графена. В результате обеспечивается увеличение времени хранение заряда, увеличение окна памяти до 7 В, возможность инжекции положительного и отрицательного заряда, снижение времени записи/стирания информации, увеличение времени хранения информации до 12 лет. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх