Полевой транзистор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 1 650! 32

Сова Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.12.76 (21) 2426108/18-25 с присоединением заявки Хе (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень Хо 8 (45) Дата опубликования описания 28.02.79 (51) М. К .

Н 01L 29/76

Государственный комитет (53) УДК 621.382 (088.8) па делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

А. С. Тагер (71) Заявитель (54) ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР

Изобретение относится к планарным полевым транзисторам, предназначенным для работы в диапазоне высоких и сверхвысоких частот.

Как известно, основной способ повышения рабочего диапазона частот и снижения коэффициента шума полевых транзисторов (ПТ) состоит в уменьшении длины канала. В большинстве известных конструкций планарных ПТ это достигается путем уменьшения ширины металлического электрода затвора, имеющего форму узкого полоска, нанесенного на поверхность эпитаксиальной полупроводниковой структуры (1). Наименьшие значения длины канала, которые удается реализовать с помощью современной фотолитографической техники, составляют около 1 мкм. Транзисторы с таким каналом перекрывают диапазон частот до 10 — 15 ГГц.

Наиболее близкой к изобретению является конструкция полевого транзистора, выполненного из нескольких полупроводниковых материалов с эпитаксиальным каналом и содержащего на активной поверхности структуры электроды истока, стока и затвора (21, Использование свойства избирательного травления одного из полупроводниковых материалов позволяет в принципе уменьшить длину канала. В конструкции, принятой за прототип, затвор из р-GailAs имеет форму полоска, расположенного на плоской поверхности эпитакснального арсенида галлия и-типа. Электрод затвора отделен от р-GaA1As слоем р-GaAs, играющим роль маски при избирательном травлении р-GaA1As в процессе формирования затвора.

Эта конструкция имеет существенные недостатки. К ним относятся, в частности, трудность контроля и воспроизведения размеров затвора в процессе травления.

Конструкция не позволяет полностью

15 исключить прецизионные фотолитографические операции при изготовлении транзистора, что ограничивает возможность увеличения поперечных размеров транзисторной структуры и, следовательно, мощности транзистора.

Цель изобретения — увеличение мощности и расширение рабочего диапазона частот транзистора, Указанная цель достигается тем, что полупроводниковая структура содержит по крайней мере три параллельных слоя, из которых внутренний слой выполнен из полупроводникового материала, отличного от материала соседних слоев, границы между

30 всеми слоями нормальны к активной по650132

1О

3О

4г

65 верхности пластины и контактной поверхности электрода затвора, перекрывающей поперечное сечение упомянутого внутреннего слоя.

На чертеже схематически изображена предлагаемая конструкция, один из возможных вариантов.

В этом варианте транзистор изготовлен на основе трехслойной эпитаксиальной структуры, содержащей два слоя 1, 2 одного полупроводникового материала, между которыми расположен тонкий слой 3 другого полупроводникового материала. Все три слоя выполнены в основном из высокоомных материалов, за исключением узких пизкоомных участков 4 — 6, расположенных вдоль активной поверхности структуры, нормальной к границам слоев. Низкоомные участки 4 и 6 вместе с металлическими электродами 7 и 8 играют роль истока и стока соответственно, в участке 5 внутреннего слоя

3 с помощью металлического затвора 9, образующего с полупроводниковой поверхностью этого участка барьер Шоттки, формируется проводящий канал. Электрод стока 8 находится в тепловом контакте как с низкоомным участком 6, так и с высокоомной частью полупроводниковой пластины, что улучшает условия теплоотвода в транзисторе.

Как видно из чертежа, в предлагаемой конструкции транзистора длина канала определяется только толщиной промежуточного эпитаксиального слоя 3. Это позволяет уменьшить длину канала до величин, существенно меньших 1 мкм, при значительно лучшей воспроизводимости этого размера, чем в прототипе. Кроме того, в предлагаемой конструкции полупроводниковая часть затвора не выступает над поверхностью полупроводниковой структуры, как в прототипе, а напротив, «утоплена» относительно этой поверхности в глубину пластины, что обеспечивает большую механическую жесткость прибора.

Наряду с указанными, предлагаемая конструкция обладает и рядом других преимуществ перед прототипом. К ним, в частности, относится, возможность реализации массивного металлического электрода стока, обеспечивающего эффективный отвод тепла не от одной поверхности активного полупроводникового слоя, как в прототипе и других известных планарных приборах, а по крайней мере от двух поверхностей этого слоя.

Кроме того, изготовление транзистора без применения прецизионной фотолитографии не только упрощает технологический цикл, но и позволяет создавать транзисторы с поперечными размерами, по крайней мере на порядок большими, чем в прототипе и других известных конструкциях. Действительно, фотолитогр афическими методами невозможно создание структур с отношением наибольшего размера к наименьшему, превышающим некоторую определенную величину. Поэтому в известных конструкциях СВЧ-транзисторов с длиной канала порядка 1 мм ширина канала и, следовательно, поперечный размер транзистора не превышают обычно 1 мкм, В предлагаемой же конструкции, в которой длина канала задается толщиной эпитаксиальнои пленки, а его ширина — поперечным размером этой пленки, поперечные размеры транзисторной структуры могут превышать

10 мм. Это открывает возможность значительного увеличения мощности транзистора.

Чтобы пояснить методы реализации предлагаемого изобретения, приведем примерную схему процесса изготовления конструкции.

Одним из известных методов эпитаксиального выращивания гетероструктур (газофазным, жидкостным или молекулярным) формируется трехслойная структура. Основным критичным параметром в этой структуре является толщина внутреннего полупроводникового слоя 3, определяющая длину канала затвора транзистора. Исходными материалами для этой структуры могут служить полупроводниковые соединения с близкими постоянными решетки, например высокоомные арсенид галлия и твердый раствор арсенид галлия — арсснид алюминия.

Многослойную полупроводниковую пластину разрезают на отдельные кристаллы; одну из поверхностей каждого кристалла, нормальную к границам эпитаксиальных слоев, подвергают чистовой обработке (шлифовке, полировке), обеспечивающей обычное для полупроводниковых приборов качество активной поверхности.

Методами ионного внедрения вдоль обработанной поверхности создают тонкий участок 4 низкоомного полупроводника и-типа с требуемой концентрацией примеси (для приборов сантиметрового диапазона эта концентрация должна составлять около

5 10" — 5 10" см — ).

Методом избирательного травления вытравливают часть низкоомного участка внутреннего слоя 3. Если, в частности, внешний из арсенида галлия — арсенида алюминия, то для избирательного травления можно использовать, например, горячую смесь соляной и фосфорной кислот.

На активную поверхность кристалла напыляют слой металла, образующего с материалом слоя 3 барьер Шоттки. Затем напылением и гальваническим наращиванием толщина металлического покрытия увеличивается, после чего с большей части активной поверхности (поверхности слоев 1 и 2) металл удаляется (шлифовкой или травлением), так что металлическое покрытие остается только на поверхности попе650132

Составитель О. Федюкина

Техред А. Камишникова Корректоры: А. Степанова и 3. Тарасова

Редактор И. Грузова

Заказ 573/6 Изд. № 209 Тираж 922 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4!5

Типография, пр. Сапунова, 2 речного сечения внутреннего слоя 3, под которой располагается канал.

Гальванически наращивается электрод затвора 9.

На поверхность участков с использованием экранирующего действия электрода напыляют металл и гальваническим наращиванием формируют электроды истока 7 и стока 8.

Наряду с этими вариантами возможны и другие варианты предлагаемой конструкции транзистора. В частности, в затворе может быть применен не барьер Шоттки, а р — n-переход, сформированный диффузией или ионным легированием; электрод затвора может быть изолирован от полупроводника диэлектрической пленкой и т. и.

Возможно использование структур с обратной комбинацией полупроводниковых материалов, затвор может быть выполнен в арсениде галлия, а исток и сток — в твердом растворе арсенид галлия †арсен алюминия. В этом случае исходную полупроводниковую структуру целесообразно изготовить не трехслойной, а четырехслойной, используя в качестве основы высокоомную пластину арсенида галлия. Возможно применение и других пар полупроводниковых соединений с близкими постоянными решетками, перспективной, например, является пара фосфид индия — твердый раствор арсенид галлия — фосфид индия.

5 Формула изобретения

Полевой транзистор, выполненный из нескольких полупроводниковых материалов с эпитаксиальным каналом и содержащий на

10 активной поверхности структуры электроды истока, стока и затвора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения мощности и повышения рабочего диапазона частот, полупроводниковая структура содерГ5 жит по крайней мере три параллельных слоя, из которых внутренний слой выполнен из полупроводникового материала, отличного от материала соседних слоев, границы между всеми слоями нормальны к активной поверхности пластины и контактной поверхности электрода затвора, перекрывающей поперечное сечение упомянутого внутреннего слоя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СШЛ № 3946415, кл. 357 — 15, опублик. 1976.

2. Патент Франции № 2268363, кл. Н 011

29/76, опублик. 1975.