Гетероструктурный полевой транзистор на основе нитрида галлия с улучшенной температурной стабильностью вольт-амперной характеристики

Изобретение относится к области радиотехники и электроники. В гетероструктурном полевом транзисторе на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики, включающем подложку из карбида кремния, канальный слой, буферный слой, барьерный слой на основе AlGaN, слой пассивации на основе нитрида кремния, электроды стока, затвора, истока, буферный слой выполнен на основе нитрида галлия, после процедуры снижения толщины подложки до 100 мкм нанесен слой с высокой теплопроводностью, модулированный по глубине подложки в районе расположения затвора. Глубина модулирования подложки в районе расположения затвора может составлять 50 мкм. Изобретение позволяет улучшить теплоотвод от подзатворной области и уменьшить температуру канала полевого транзистора на основе гетероструктур типа AlGaN/GaN, что приводит к улучшению температурной стабильности его вольт-амперной характеристики. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и электроники. В частности, к высокочастотным полевым транзисторам на основе широкозонных полупроводников группы А3В5. Изобретение может быть использовано в СВЧ-транзисторах для усилителей мощности в устройствах различного функционального назначения.

Известен транзистор с высокой подвижностью электронов на GaN/AlxGa1-xN гетеропереходах (см. US №5192987, кл. H01L 29/80, 09.03.1993). Указанный транзистор с высокой подвижностью электронов имеет преимущество возросшей мобильности за счет двумерных электронных газов, имеющих место в GaN/AlxGa1-xN гетеропереходах. Эти структуры осаждаются на базальной плоскости сапфира с использованием низкого давления металлоорганических химических осаждений из паровой фазы. Транзистор включает подложку, буферный слой, осаждаемый на подложку, первый активный слой, состоящий по существу из GaN, нанесенный на буферный слой, второй активный слой, состоящий в основном из AlxGa1-xN, где х больше 0 и меньше 1, и множество электрических соединений, находящихся на втором активном слое, причем множество электрических соединений включает соединение истока, соединение затвора и соединение стока, позволяя тем самым разности электрических потенциалов быть примененной ко второй активной области с тем, чтобы обеспечить работу транзистора. Транзистор, сконструированный в соответствии с изобретением, имеет более низкий шумовой ток, температура эксплуатации увеличивается по сравнению с арсенид-галлиевым транзистором до 800°С.

Недостатком транзистора является недостаточная стабильность вольт-амперной характеристики.

Наиболее близким аналогом-прототипом является гетероструктурный полевой транзистор на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики (см. RU 154437 U1, кл. H01L 29/772, 27.08.2015). Гетероструктурный полевой транзистор на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики включает подложку из карбида кремния, канальный слой, буферный слой, барьерный слой на основе AlGaN, слой пассивации на основе нитрида кремния, электроды стока, затвора, истока. Гетероструктурный полевой транзистор имеет уменьшенный гистерезис тока стока полевого транзистора на основе гетероструктур типа AlGaN/GaN/AlGaN с каналом в слое GaN и может быть использован в СВЧ-транзисторах для усилителей мощности в устройствах различного функционального назначения.

Недостатками прототипа являются сложность и недостаточная температурная стабильность его вольт-амперной характеристики.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в устранении вышеуказанных недостатков, локальном улучшении теплоотвода от подзатворной области и уменьшении температуры канала полевого транзистора на основе гетероструктур типа AlGaN/GaN, что приводит к улучшению температурной стабильности его вольт-амперной характеристики.

Технический результат достигается тем, что в гетероструктурном полевом транзисторе на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики, включающем подложку из карбида кремния, канальный слой, буферный слой, барьерный слой на основе AlGaN, слой пассивации на основе нитрида кремния, электроды стока, затвора, истока. Буферный слой выполнен на основе нитрида галлия, после процедуры снижения толщины подложки до 100 мкм нанесен слой с высокой теплопроводностью, модулированный по глубине подложки в районе расположения затвора.

Технический результат достигается также тем, что в гетероструктурном полевом транзисторе на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики глубина модулирования подложки в районе расположения затвора составляет 50 мкм.

На фиг. 1 показана принципиальная схема гетероструктурного полевого транзистора на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики.

На фиг. 2 показаны результаты расчета распределения температуры по глубине транзистора.

На фиг. 3 показаны результаты расчета вольт-амперной характеристики транзистора.

Гетероструктурный полевой транзистор на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики (см. фиг. 1) содержит подложку из карбида кремния 1, канальный слой 2, буферный слой 3, барьерный слой на основе AlGaN 4, слой пассивации на основе нитрида кремния 5, электроды стока 6, затвора 7, истока 8, слой с высокой теплопроводностью 9. Буферный слой выполнен на основе нитрида галлия.

Для слоя с высокой теплопроводностью может быть использовано золото, которое обладает высокой пластичностью, электропроводностью и теплопроводностью. Предложенная конструкция была описана и просчитана в программном пакете системы автоматизированного технологического проектирования полупроводниковых приборов TCAD "Synopsys" (см. TCAD "Synopsys" Synopsys Inc., Sentaurus Device User Guide, Version E-2010.12, Fremont, California, 2010). Результаты моделирования сравнивались с результатами измерения вольт-амперных характеристик изготовленных транзисторов с высокой подвижностью электронов (НЕМТ транзисторов).

После процедуры снижения толщины подложки до 100 мкм нанесен слой с высокой теплопроводностью, модулированный по глубине подложки в районе расположения затвора. Снижение толщины подложки до 50 и менее микрометров приводит к потере прочности структуры и значительным сложностям в монтаже, требующим применения специальной технологической оснастки. Однако на предприятии «Светлана-Электронприбор» освоена технология изготовления сквозных отверстий с металлизацией, которая может успешно применяться для нанесения модулированного по глубине подложки слоя с высокой теплопроводностью.

Результаты расчета распределения температуры по глубине транзистора показаны на фиг. 2. Из анализа результатов хорошо видно, что при работе транзистора в области под стоковым краем затвора формируется локальная зона повышенной температуры, которая может приводить к снижению тока через транзистор и, следовательно, температурной нестабильности его вольт-амперной характеристики.

Введение в конструкцию транзистора слоя с высокой теплопроводностью модулированного по глубине подложки в районе расположения затвора, позволяет существенно снизить температуру в этой локальной зоне под затвором и повысить температурную стабильность вольт-амперной характеристики транзистора.

Сравнительные вольт-амперные характеристики транзистора с предложенной конструкцией (отдельные точки 10) и экспериментальных характеристик транзистора аналога-прототипа (сплошные линии 11) показаны на фиг. 3.

Анализ полученных вольт-амперных характеристик предложенного транзистора показывает, что технический результат, который заключался в локальном улучшении теплоотвода от подзатворной области полевого транзистора на основе гетероструктур типа AlGaN/GaN, достигнут и наблюдается явное улучшение температурной стабильности его вольт-амперной характеристики.

Гетероструктуры НЕМТ транзисторов были выращены в Научно-техническом центре микроэлектроники РАН на SiC подложках, изготовленных ЗАО «Светлана-Электронприбор» методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (МО ГФЭ) на установке Dragon-125. Водород и азот-водородные смеси, триметилгаллий (TMGa), триметилалюминий (ТМА1), аммиак и моносилан (SiH4) использовались в качестве несущего газа и прекурсоров. Исследованные транзисторы были изготовлены в АО «Светлана-Электронприбор». Транзисторы имели конструкцию, позволяющую удобно проводить измерения с помощью копланарных зондов. Тестовые транзисторы изготавливались методами оптической фотолитографии и имели затвор длиной 0.6 мкм. При формировании омических контактов была использована стандартная металлизация из Ti/Al/Ni/Au, в барьерном контакте Ni/Au. Затворы транзисторов были пассивированы слоем Si3N4, нанесенного методом плазмохимического осаждения.

Предлагаемая конструкция гетероструктурного полевого транзистора на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики позволяет улучшить теплоотвод от подзатворной области и уменьшить температуры канала полевого транзистора на основе гетероструктур типа AlGaN/GaN, что приводит к улучшению температурной стабильности его вольт-амперной характеристики.

1. Гетероструктурный полевой транзистор на основе нитрида галлия с улучшенной температурной стабильностью вольт-амперной характеристики, включающий подложку из карбида кремния 1, канальный слой 2, буферный слой 3, барьерный слой на основе AlGaN 4, слой пассивации на основе нитрида кремния 5, электроды стока 6, затвора 7, истока 8, отличающийся тем, что буферный слой выполнен на основе нитрида галлия, толщина подложки составляет 100 мкм, на подложку нанесен слой с высокой теплопроводностью 9, модулированный по глубине подложки в районе расположения затвора.

2. Гетероструктурный полевой транзистор по п. 1, отличающийся тем, что глубина модулирования подложки в районе расположения затвора составляет 50 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и электроники. В гетероструктурном полевом транзисторе на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики, включающем подложку из карбида кремния, зародышевый слой, буферный слой, барьерный слой на основе AlGaN, слой пассивации на основе нитрида кремния, электроды стока, затвора, истока, зародышевый слой выполнен на основе AlN, буферный слой выполнен на основе нитрида галлия, в барьерный слой на расстоянии 5-10 нм от канала транзистора вводится дополнительный слой AlGaN с дельта-легированием, толщиной 5 нм, со стороны буферного слоя, на расстоянии 10-15 нм от канала транзистора, вводится дополнительный слой GaN с легированием по всей глубине слоя.

Изобретение относится к микро- и наноэлектронике, а именно к полупроводниковым прибором, в частности к конструкции логического вентиля, реализующего операцию конъюнкции, и может быть использовано при создании цифровых интегральных схем с элементами субмикронных и нанометровых размеров.

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.

Изобретение относится к электронной технике. Модулированно-легированный полевой транзистор содержит фланец, пьедестал, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты.

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.

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 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.

Гетероэпитаксиальная структура относится к полупроводниковым приборам. На подложке выполнены слои, в составе которых сформирован канальный слой узкозонного полупроводника. С обеих сторон канального слоя, в направлениях к подложке и от подложки, расположены последовательно слой нелегированного широкозонного полупроводника, слой легированного широкозонного полупроводника, сформированный как дельта-слой в матрице полупроводника δ-легированием, разделяющий барьерный слой нелегированного широкозонного полупроводника, слой легированного широкозонного полупроводника, сформированный как дельта-слой в матрице полупроводника δ-легированием, слой широкозонного полупроводника в составе двух нелегированных слоев, между которыми расположен легированный слой, причем легированный примесью, обеспечивающей иной тип проводимости по сравнению с проводимостью слоя легированного широкозонного проводника, сформированного как дельта-слой в матрице полупроводника δ-легированием. Ближайшие к канальному слою дельта-слои легированы со слоевой концентрацией примеси, равной половине величины концентрации двумерного газа носителей заряда, образующегося при переходе в канальный слой носителей заряда с примеси дельта-слоев. Удаленный от канального слоя дельта-слой, выполненный в направлении к подложке, легирован со слоевой концентрацией примеси, равной по величине произведению величин толщины и концентрации примеси расположенного между двух нелегированных слоев легированного слоя примесью, обеспечивающей иной тип проводимости по сравнению с проводимостью слоя легированного широкозонного проводника, сформированного как дельта-слой в матрице полупроводника δ-легированием, которые сформированы в составе слоя широкозонного полупроводника, расположенного в направлении к подложке. Удаленный от канального слоя дельта-слой, выполненный в направлении от подложки, легирован со слоевой концентрацией примеси, равной по величине произведению величин толщины и концентрации примеси расположенного между двух нелегированных слоев легированного слоя примесью, обеспечивающей иной тип проводимости по сравнению с проводимостью слоя легированного широкозонного проводника, сформированного как дельта-слой в матрице полупроводника δ-легированием, которые сформированы в составе слоя широкозонного полупроводника, расположенного в направлении от подложки. Технический результат - повышение подвижности в двумерном газе носителей заряда при сохранении их концентрации 4×1012 см-2. 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и электроники. В гетероструктурном полевом транзисторе на основе нитрида галлия с улучшенной стабильностью вольт-амперной характеристики, включающем подложку из карбида кремния, канальный слой, буферный слой, барьерный слой на основе AlGaN, слой пассивации на основе нитрида кремния, электроды стока, затвора, истока, буферный слой выполнен на основе нитрида галлия, после процедуры снижения толщины подложки до 100 мкм нанесен слой с высокой теплопроводностью, модулированный по глубине подложки в районе расположения затвора. Глубина модулирования подложки в районе расположения затвора может составлять 50 мкм. Изобретение позволяет улучшить теплоотвод от подзатворной области и уменьшить температуру канала полевого транзистора на основе гетероструктур типа AlGaNGaN, что приводит к улучшению температурной стабильности его вольт-амперной характеристики. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх