Наноразмерная структура с профилем легирования в виде нанонитей из атомов олова



H01L29/00 - Полупроводниковые приборы для выпрямления, усиления, генерирования или переключения, а также конденсаторы или резисторы, содержащие по меньшей мере один потенциальный барьер, на котором имеет место скачкообразное изменение потенциала, или поверхностный барьер, например имеющие обедненный слой с электронно-дырочным переходом или слой с повышенной концентрацией носителей; конструктивные элементы полупроводниковых подложек или электродов для них (H01L 31/00-H01L 47/00,H01L 51/00 имеют преимущество; способы и устройства для изготовления или обработки приборов или их частей H01L 21/00; конструктивные элементы иные чем полупроводниковые приборы или электроды для них H01L 23/00; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированные на одной общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; резисторы

Владельцы патента RU 2650576:

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

Использование: для создания РНЕМТ транзисторов. Сущность изобретения заключается в том, что наноразмерная структура с нанонитями из атомов олова, встроенными в кристалл GaAs включает монокристаллическую полуизолирующую вицинальную подложку GaAs (100) с углом разориентации 0.3°÷0.4° в направлении типа <011>, буферный нелегированный слой GaAs, дельта-легированный оловом слой и контактный легированный кремнием слой GaAs, дополнительно добавлен канальный слой InGaAs, спейсерный слой AlGaAs и барьерный слой AlGaAs, а двухмерный электронный газ, находящийся в канальном слое InGaAs, модулирован в виде квазиодномерных каналов. Технический результат: обеспечение возможности увеличения быстродействия СВЧ приборов на основе такой структуры.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к полупроводниковым структурам группы А3В5. Такие структуры могут быть использованы для создания транзисторов с высокой подвижностью электронов с псевдоморфным каналом - РНЕМТ (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor), которые являются основой компонентной базы при изготовлении МИС (монолитных интегральных схем) СВЧ диапазона частот.

Уровень техники

Из предшествующего уровня техники известны наногетероструктуры с индием, в которых располагается рабочий канал с двумерным электронным газом с высокой подвижностью, формирующимся в тонком (от 10 нм до 20 нм) слое InxGa1-xAs на границе с более широкозонным материалом. Для мольной доли индия в канале от 0 до 0,2 можно эпитаксиально вырастить напряженный (псевдоморфный) монокристаллический бездефектный слой InGaAs толщиной меньше критической (~10 нм) на подложках GaAs. Широкозонным материалом в гетеропаре InxGa1-xAs/AlyGa1-yAs выступает AlyGa1-yAs с мольной долей алюминия от 0,2 до 0,25. Транзисторы с такой гетеропарой называются псевдоморфными (GaAs РНЕМТ). Типичное напряжение пробоя в таких транзисторах ~12 В, рабочие частоты достигают 30-40 ГГц [Wei-Kuo Huang, Yu-An Liu, Che-Ming Wang, Yue-Ming Hsin. Flip-Chip Assembled GaAs pHEMT Ka-Band Oscillator // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2007. - V. 17. - No. 1. - P. 67-69]. Частотные характеристики в таких структурах ограничены свойствами квантовой ямы InGaAs и для их увеличения требуется квантовая инженерия конструкции структуры или ее отдельных слоев.

Помимо РНЕМТ структур одним из новых типов материалов для полупроводниковой электроники являются различные структуры как с квантовой ямой InGaAs, так и без нее, с планарным расположением нанонитей, позволяющих получить новые оптические или электрофизические свойства электронного газа. Систему одномерных каналов (нанонитей) в объеме полупроводника можно получить различными способами: с помощью фото- или электронно-лучевой литографии и последующего травления; используя подготовленные заранее фасетированные поверхности полупроводника и последующий эпитаксиальный рост в образованных канавках; эпитаксиального выращивания вертикальных нанонитей (эта технология достаточно сложна и не относится к планарным); и применяя свойства вицинальных поверхностей, образующихся при разориентации подложки. Наиболее технологично удобным методом формирования нанонитей является использование вицинальных граней. Такая поверхность представляет собой ступени, разделенные террасами с точной кристаллографической ориентацией. При этом возможны различные варианты формирования нанонитей: высаживание атомов примеси таким образом, чтобы они образовывали на поверхности террасы полосы шириной меньше, чем ширина террасы; расположение атомов примеси вдоль краев вицинальных граней; планарное легирование поверхности примесью с последующим травлением коллимированным ионным пучком; получение при определенном угле падения неоднородного распределения примеси по поверхности при затенении краями террас части поверхности террасы и др. [Patent US 7569470 В2. Method of forming conducting nanowires / Sergio Fernandez-Ceballos, Giuseppe Manai, Igor Vasilievich Shvets. - Appl. No. 11/915518. - filling date: 26.05.2006; publication date 4.08.2009]. Проводимость в таких структурах осуществляется непосредственно по нанонитям, что существенно ограничивает подвижность электронов из-за рассеяния на ионизированных атомах. Для быстродействующих СВЧ приборов требуются структуры с квантовой ямой.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является материал, описанный в [Patent RU 2520538 С1. Наноразмерная структура с квазиодномерными проводящими нитями олова в решетке GaAs / А.П. Сеничкин, А.С. Бугаев, А.Э. Ячменев, А.Н. Клочков. - Заявка 2012146629/28. - Дата подачи заявки 02.11.2012; Опубликовано 27.06.2014]. В этой работе описывается структура, выращенная методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложке GaAs, разориентированной на 0,3° относительно точной кристаллографической ориентации (100) в направлении <011>, и состоящая из буферного слоя GaAs толщиной 0,8 мкм, нелегированного GaAs толщиной 40 нм, внутри которого были сформированы цепочки из атомов олова со слоевой концентрацией 5×1012 см-2, встроенные в кристалл GaAs и контактного слоя толщиной 15 нм, легированного кремнием до уровня 4×1018 см-3. В работе получены значения подвижности μ=1700 см2/В×с и концентрации электронов n=2,7×1012 см-2 при комнатной температуре. Было установлено, что коэффициент анизотропии сопротивления для слабых полей (в области линейной зависимости скорости дрейфа электронов от приложенного поля) равен приблизительно 2 при комнатной температуре и возрастает до 2,5 при температуре 77 К. Анизотропия сопротивления сохранялась и в сильных электрических полях, что подтверждает наличие квазиодномерного потенциального рельефа в изготовленной структуре. Недостатком предложенной в этой работе наноразмерной структуры является отсутствие квантовой ямы с высокой подвижностью электронов, что существенно ограничивает применение для изготовления быстродействующих СВЧ полупроводниковых приборов.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является получение материала на основе InGaAs/AlGaAs РНЕМТ структуры с профилем дельта-легирования атомами олова в виде нанонитей, который мог бы заменить классическую РНЕМТ структуру, дельта-легированную кремнием. Для этого предлагаемый материал должен в области дельта-легированного слоя иметь систему нанонитей, образованных атомами олова, расположенными вдоль краев вицинальных террас и обладать свойствами, сравнимыми с аналогичными параметрами материала РНЕМТ InGaAs/AlGaAs, легированного атомами кремния. Конструкция и состав остальных слоев наноструктуры аналогичен классическим РНЕМТ структурам и включает в себя вицинальную подложку GaAs (100) с углом разориентации 0.3°÷0.4° в направлении типа <011>, буферный нелегированный слой GaAs, канальный слой InGaAs, дельта-легированный оловом слой, спейсерный и барьерный слой AlGaAs, контактный слой GaAs, легированный кремнием. Техническим результатом является получение новых свойств электронного газа в квантовой яме InGaAs, которые приводят к увеличению быстродействия СВЧ приборов на основе такой структуры.

Технический результат достигается за счет модуляции в виде квазиодномерных каналов двухмерного электронного газа в канальном слое InGaAs потенциалом ионизированных атомов доноров в дельта-легированном слое, расположенных в виде нанонитей вдоль краев вицинальных террас. Для создания нанонитей предлагается использовать особенности формирования поверхности вицинальных подложек монокристаллического GaAs с кристаллографической ориентацией поверхности, отклоненной на небольшой угол от исходной плоскости типа (100) в направлении типа <011>. Для таких подложек поверхность представляет собой ступени высотой в один монослой (для ориентации типа (100) один монослой равен половине постоянной решетки GaAs, то есть ~2,83 ) разделенные террасами с точной кристаллографической ориентацией типа (100). Ширина террас L или расстояние между ступенями L=2,83 /tg(α), где α - угол разориентации. Так, для угла разориентации α=0,3° ширина террасы L будет составлять ~500 . Такая ступенчатая поверхность характеризуется всплеском потенциальной энергии на краях ступеней для адсорбированных адатомов эпитаксиально наращиваемого вещества, например атомов Ga. Если средняя диффузионная длина адатома на поверхности превышает размер террас вицинальной грани, то эпитаксиальный рост пленки осуществляется за счет присоединения адатомов к краям ступеней без образования зародышевых островков на террасах. Таким образом, задавая нужный размер террас вицинальной подложки (т.е. угол разориентации), подбирая условия роста и точно дозируя количество адатомов вещества, попадающих на поверхность, можно сформировать на поверхности в том числе и нити, представляющие собой цепочки атомов, занявших вакантные связи на краях ступеней. При этом:

1) Наноструктура выращивается на подложке GaAs (100) с углом разориентации 0,3°÷0,4° в направлении <011>;

2) Дельта-легирование проводится атомами олова с концентрацией ~3×1013 см-2, достаточной для формирования нанонитей с учетом реиспарения;

3) Выбираются оптимальные технологические условия, такие как последовательность и продолжительность прерываний роста, толщины слоев, температура подложки, концентрация легирования, соотношение потоков мышьяка к галлию для ключевых этапов при изготовлении, а именно: для формирования атомно-гладкой поверхности перед проведением дельта-легирования, для преимущественного расположения атомов олова вдоль краев террас во время дельта-легирования (то есть для формирования нанонитей) и для заращивания полученной конфигурации атомов олова, сохраняющего их расположение.

Путем изменения концентрации атомов олова можно регулировать коэффициент анизотропии kа тока насыщения, определяемый как отношение тока насыщения вольт-амперной характеристики в направлении протекания тока параллельно нанонитям к току насыщения при протекании тока в направлении, перпендикулярном нанонитям, и тем самым влиять на быстродействие прибора и плотность тока.

Осуществление изобретения

Согласно изобретению был выращен следующий образец наноразмерной структуры типа РНЕМТ с профилем легирования в виде нанонитей из атомов олова. На вицинальной подложке с углом разориентации 0,3° и шириной террасы 500 методом молекулярно-лучевой эпитаксии были выращены буферный слой GaAs толщиной 0,8 мкм, канальный слой In0,2Ga0,8As толщиной 12 нм, спейсерный слой Al0.24Ga0.76As толщиной 4 нм, дельта-легированный оловом слой с концентрацией 1,5×1013 см-2, барьерный слой Al0.24Ga0.76As толщиной 33 нм и контактный слой GaAs, легированный кремнием с концентрацией 4×1018 см-3. Для формирования потенциального рельефа были подобраны специальные условия, включающие в себя формирование атомно-гладкой поверхности перед дельта-легированием при температуре подложки Ts=620°С, проведение операции дельта-легирования при оптимальной Ts=610°С, обеспечивающей максимальную сегрегационную способность атомов олова и заращивание атомов олова при пониженной до 500°С температуре для сохранения конфигурации расположения атомов олова.

Получены значения холловской подвижности μ=5530 см2/В×с и концентрация n=2×1012 см-2. Коэффициент анизотропии тока насыщения составляет ~2,5 при температуре 300 К. На основе полученной РНЕМТ структуры изготовлены тестовые полевые транзисторы с длиной затвора Lg=150 нм специальной топологии для протекания тока в ортогональных направлениях, результаты СВЧ измерений которых показали следующие значения: для направления протекания тока параллельно нанонитям максимальная частота усиления по мощности Fmax=150 ГГц и коэффициент усиления MSG на частоте 10 ГГц равен 17,7 дБ, для направления протекания тока перпендикулярно нанонитям Fmax=117 ГГц и MSG=15,5 дБ. Высокие значения СВЧ параметров для параллельного направления, а также анизотропия значений при протекании тока в ортогональных направлениях обусловлены формированием нанонитей из атомов олова в дельта-слое, эффективно модулирующих электронный газ в квантовой яме.

Наноразмерная структура с нанонитями из атомов олова, встроенными в кристалл GaAs, включающая монокристаллическую полуизолирующую вицинальную подложку GaAs (100) с углом разориентации 0.3°÷0.4° в направлении типа <011>, буферный нелегированный слой GaAs, дельта-легированный оловом слой и контактный легированный кремнием слой GaAs, отличающаяся тем, что добавлен канальный слой InGaAs, спейсерный слой AlGaAs и барьерный слой AlGaAs, а двухмерный электронный газ, находящийся в канальном слое InGaAs, модулирован в виде квазиодномерных каналов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приборам твердотельной электроники и, в частности, к конструкции мощных транзисторов для СВЧ применений. Предлагается мощный сверхвысокочастотный транзистор на основе нитрида галлия, состоящий из подложки, гетероэпитаксиальной структуры на основе соединений нитрида галлия, нанесенной на подложку, электродов, включающих исток, затвор и сток, нанесенных на гетероэпитаксиальную структуру и пространственно-разделенных между собой, пассивационной диэлектрической пленки, нанесенной на гетероэпитаксиальную структуру между контактами электродов, теплоотвода, сформированного на гетероэпитаксиальной структуре, и теплораспределительного слоя, при этом подложка выполнена из высокоомного кремния, а теплораспределительный слой расположен между контактом стока и теплоотводом.

Изобретение относится к технике полупроводниковых приборов. В полевом транзисторе на осажденной из газовой фазы алмазной пленке с дельта-допированным проводящим каналом, включающем недопированную алмазную подложку, осажденную на ней из газовой фазы алмазную пленку, состоящую из нанесенных последовательно недопированного буферного слоя, тонкого допированного дельта-слоя и недопированного покровного слоя, а также металлические истоковый и стоковый контакты и отделенный от покровного слоя слоем изолятора затворный контакт, допированный дельта-слой дельта-допированного проводящего канала осажден из газовой фазы таким образом, что профиль распределения концентрации допирующей примеси в дельта-допированном проводящем канале имеет два расположенных симметрично относительно центра дельта-допированного проводящего канала и разделенных расстоянием не более 3 нм максимума, между которыми находится локальный минимум, в центре которого концентрация допирующей примеси на порядок меньше, чем в максимумах.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов. Способ получения нитевидных нанокристаллов Si (ННК) включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность нанодисперсных частиц катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → капельная жидкость → кристалл, при этом перед нанесением частиц катализатора и помещением подложки в ростовую печь на пластину Si наносят пленку Ti и анодируют длительностью от 5 до 90 мин в 1%-ном растворе NH4F в этиленгликоле, причем плотность анодного тока поддерживают в интервале от 5 до 20 мА/см2, а наночастицы катализатора на анодированную поверхность Ti наносят осаждением металла, выбираемого из ряда Ni, Ag, Pd, из 0,1 М раствора, имеющего общую формулу Me(NO3)x, где Me - Ni, Ag, Pd; х=1-2, в течение 1-2 мин при воздействии на раствор ультразвуком мощностью 60 Вт.

Изобретение относится к области изготовления электронных устройств, в частности устройств на основе материалов III-V групп. Способ изготовления устройства на основе материала III-V групп включает этапы, на которых в изолирующем слое на кремниевой подложке формируют канавку, в канавку наносят первый буферный слой на основе материала III-V групп на кремниевую подложку, на первый буферный слой наносят второй буферный слой на основе материала III-V групп, слой канала устройства на основе материала III-V групп наносят на второй буферный слой на основе материала III-V групп.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в ВЧ и СВЧ устройствах усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре интегральных микросхем различного функционального назначения (например, избирательных усилителях, смесителях, генераторах и т.п.).

Изобретение относится к нанополупроводниковому приборостроению и может быть использовано в устройствах спиновой электроники (спинтроники) в качестве спинового фильтра.

Использование: для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что транзистор с металлической базой, содержащий эмиттер, базу из материала с металлической проводимостью и коллектор, при этом между эмиттером и базой сформирован барьер Шотки, эмиттер выполнен из полупроводникового материала с n+-типом проводимости, коллектор - из материала с n-типом проводимости, причем между базой и коллектором размещен тонкий буферный слой из материала с p-типом проводимости, при этом между базой и буферным слоем сформирован омический контакт, а между буферным слоем и коллектором - p-n-переход.

Использование: для изготовления полевых эмиссионных элементов на основе углеродных нанотрубок. Сущность изобретения заключается в том, что прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, содержит полупроводниковую подложку, на поверхности которой сформирован изолирующий слой, катодный узел, расположенный над изолирующим слоем, состоит из токоведущего слоя катодного узла, каталитического слоя и массива углеродных нанотрубок (УНТ), расположенных на поверхности каталитического слоя перпендикулярно его поверхности, опорно-фокусирующую система, состоящая из первого диэлектрического, затворного электропроводящего и второго диэлектрического слоев, содержит сквозную полость, анодный токоведущий слой, расположенный на внешней поверхности второго диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, в котором сформированы сквозные технологические отверстия, катодный узел дополнительно содержит слой проводящего материала, который расположен в сквозной полости на боковой поверхности первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, высота углеродных нанотрубок одинакова по всей площади массива, на поверхности массива углеродных нанотрубок расположен слой интеркалированного материала, а токоведущий слой катодного узла и слой проводящего материала катодного узла обладают адгезионными свойствами.

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и может быть использовано для получения тонкого легированного примесью слоя в кремнии для создания мелко залегающих p-n-переходов.

Использование: для изготовления СВЧ полевого транзистора. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют создание n+-n-i-типа полупроводниковой структуры путем ионного легирования полуизолирующих пластин арсенида галлия ионами кремния, при этом после формирования n+-n-i-типа структуры и топологических элементов транзистора на этой структуре проводится дополнительное легирование пластины ионами кремния и имплантация в пластину ионов бора, вследствие чего значительно сокращается канал транзистора, а на открытой поверхности n+-n-i-структуры формируется пассивный слабопроводящий слой.

Изобретение относится к области химической технологии высокомолекулярных соединений. .

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для определения заданного уровня тока в диапазоне от 150 мА и выше. .

Изобретение относится к составам смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), в частности к концентратам смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые могут быть использованы в машиностроении при холодной обработке материалов резанием и деформированием.
Изобретение относится к золь-гель чернилам для струйной печати радужных голографических изображений на голографической бумаге или на микроэмбоссированной поверхности.
Изобретение относится к аналитической химии. Раскрыта сенсорная матрица интегральной схемы (100), содержащей полупроводниковую подложку (110); изолирующий слой (120) поверх упомянутой подложки; первый транзистор (140a) на упомянутом изолирующем слое, содержащий открытую функционализированную область (146a) канала между областью (142a) истока и областью стока (144) для восприятия аналита в среде; второй транзистор (140b) на упомянутом изолирующем слое, содержащий открытую область (146b) канала между областью (142b) истока и областью (144) стока для восприятия потенциала упомянутой среды; и генератор (150) напряжения смещения, проводящим образом связанный с полупроводниковой подложкой для подачи на упомянутые транзисторы напряжения смещения, при этом упомянутый генератор напряжения смещения является реагирущим на упомянутый второй транзистор.

Изобретение относится к способам стабилизации препарата наночастиц. Способ стабилизации препарата наночастиц включает стадии: а) очистки композиции с получением очищенной композиции, где очищенная композиция содержит по меньшей мере одну наночастицу, находящуюся в жидком носителе, где наночастица содержит ядро, включающее парамагнитный металл, представляющий собой железо, и оболочку, присоединенную к ядру, где оболочка содержит совокупность лигандов, включающую фосфат, фосфонат или их комбинацию и содержащую полиэтиленгликолевую (PEG) функциональную группу; б) добавления некоторого количества совокупности лигандов к очищенной композиции с получением препарата, где по меньшей мере часть добавленного количества лигандов остается не присоединенной к ядру, при этом лиганды оболочки и лиганды, добавленные к очищенной композиции, являются структурно-идентичными; и в) стерилизации препарата посредством автоклавирования.

Изобретение относится к нанотехнологиям. Способ получения n- и p-типов протонных полупроводников заключается в определении вида дефектов, их количества и энергии активации за счет измерения термостимулированных токов деполяризации и удельной электрической проводимости, при этом создается избыточная концентрация протонов и протонных дефектов при легировании кристаллических материалов кислотами типа HCl, HI, HF (с преимущественной Н+и H3O+проводимостью, то есть p-типа) или щелочами типа NH4OH (с преимущественной ОН- проводимостью, то есть n-типа) и определении вида, концентрации и величины энергии активации релаксаторов для более широкого набора кристаллических материалов, для чего образец термостатируется при определенной температуре, не превышающей температуру плавления, заполяризованный объект охлаждается без отключения электрического поля Еп до То=77 К и поляризованное состояние "замораживается".

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в том числе солнечных фотоэлектрических элементов (СФЭ). Сущность способа состоит в следующем.

Изобретение относится к области механической обработки металлов и может быть использовано на предприятиях машиностроения. Предлагается смазочно-охлаждающая жидкость, содержащая модификатор, отличающаяся тем, что в качестве модификатора использована полученная при действии ультразвука водная дисперсия многостенных углеродных нанотрубок, поверхность которых функционализирована четвертичной аммониевой солью, при следующем соотношении компонентов, масс.

Изобретение относится к способу получения увеличения октанового числа бензина на 2,5-3 пункта, заключающемуся в пропускании бензина через пористую основу. Способ характеризуется тем, что данная основа содержит в себе адсорбирующий материал из многослойных углеродных нанотрубок, при этом для достижения требуемого результата достаточно однократной очистки.

Изобретение относится к нанотехнологии. Сначала готовят суспензию, содержащую этиленгликоль в качестве жидкой дисперсионной среды и углеродный наноматериал, например графен, оксид графена, восстановленный оксид графена, однослойные углеродные нанотрубки, двухслойные углеродные нанотрубки, многослойные углеродные нанотрубки или их смеси, и обрабатывают её ультразвуком.

Использование: для создания РНЕМТ транзисторов. Сущность изобретения заключается в том, что наноразмерная структура с нанонитями из атомов олова, встроенными в кристалл GaAs включает монокристаллическую полуизолирующую вицинальную подложку GaAs с углом разориентации 0.3°÷0.4° в направлении типа <011>, буферный нелегированный слой GaAs, дельта-легированный оловом слой и контактный легированный кремнием слой GaAs, дополнительно добавлен канальный слой InGaAs, спейсерный слой AlGaAs и барьерный слой AlGaAs, а двухмерный электронный газ, находящийся в канальном слое InGaAs, модулирован в виде квазиодномерных каналов. Технический результат: обеспечение возможности увеличения быстродействия СВЧ приборов на основе такой структуры.

Наверх