Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников
Представлен обзор опубликованных в последние годы результатов по созданию мощных СВЧ-транзисторов на основе гетероструктур AlGaN/GaN. Рассмотрены вопросы конструкции и технологии изготовления данных транзисторов, результаты исследований влияния подложки на характеристики приборов. Показано, что НЕМТ...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Datum: | 2003 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2003
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70641 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников / В.И. Босый, А.В. Иващук, В.Н. Ковальчук, Е.М. Семашко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — № 3. — С. 53-58. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860000867648798720 |
|---|---|
| author | Босый, В.И. Иващук, А.В. Ковальчук, В.Н. Семашко, Е.М. |
| author_facet | Босый, В.И. Иващук, А.В. Ковальчук, В.Н. Семашко, Е.М. |
| citation_txt | Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников / В.И. Босый, А.В. Иващук, В.Н. Ковальчук, Е.М. Семашко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — № 3. — С. 53-58. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Представлен обзор опубликованных в последние годы результатов по созданию мощных СВЧ-транзисторов на основе гетероструктур AlGaN/GaN. Рассмотрены вопросы конструкции и технологии изготовления данных транзисторов, результаты исследований влияния подложки на характеристики приборов. Показано, что НЕМТ на основе гетероструктур AlGaN/GaN могут обеспечивать 5—10-кратное увеличение удельной мощности (≥10 Вт/мм) при кпд до 60%, увеличение рабочих температур, повышение надежности по сравнению с приборами на основе GaAs.
The review of the outcomes, published per last years, on creation of UHF power transistors on AlGaN/GaN heterostructures is submitted. The problems of a design and technology of manufacturing of the transistors as well as an influence of a substrate on the characteristics of devices are surveyed. Is exhibited, that AlGaN/GaN НЕМТs can provide (5-10) multiple increases of power density (≥10 W/mm) at an efficiency up to 60 %, increase of operation temperatures, reliability increasing as compared to GaAs devices.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:35:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 3
53
ÒÂÅÐÄÎÒÅËÜÍÀß ÑÂ×-ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Ê. ò. í. Â. È. ÁÎÑÛÉ, À. Â. ÈÂÀÙÓÊ, Â. Í. ÊÎÂÀËÜ×ÓÊ,
ê. ô.-ì. í. Å. Ì. ÑÅÌÀØÊÎ
Óêðàèíà, ã. Êèåâ, Íàó÷íî-ïðîèçâîäñòâåííîå ïðåäïðèÿòèå «Ñàòóðí»
E-mail: chmil@jssaturn.kiev.ua
ÌÎÙÍÛÅ ÑÂ×-ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÛ
ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ØÈÐÎÊÎÇÎÍÍÛÕ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊÎÂ
Ïðåäñòàâëåí îáçîð îïóáëèêîâàííûõ â
ïîñëåäíèå ãîäû ðåçóëüòàòîâ ïî ñîçäà-
íèþ ìîùíûõ ÑÂ×-òðàíçèñòîðîâ íà îñ-
íîâå ãåòåðîñòðóêòóð AlGaN/GaN.
Ðàçðàáîòêà è ïðîìûøëåííûé âûïóñê àêòèâíûõ
ïðèáîðîâ ñ âûõîäíîé ìîùíîñòüþ â åäèíèöû âàòò îáåñ-
ïå÷èâàþò ðåàëüíóþ âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ ìíîãîýëå-
ìåíòíûõ àêòèâíûõ ôàçèðîâàííûõ àíòåííûõ ðåøåòîê
(ÀÔÀÐ) ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëåêòðîííûõ ìåòîäîâ ñêà-
íèðîâàíèÿ äëÿ ãèáêîãî óïðàâëåíèÿ äèàãðàììîé íàïðàâ-
ëåííîñòè â ïðîñòðàíñòâå. Âåñüìà àêòóàëüíûì ÿâëÿåò-
ñÿ âîïðîñ ïîâûøåíèÿ ÷àñòîòíîãî äèàïàçîíà, ò. ê. ïðè
ôèêñèðîâàííûõ ðàçìåðàõ àíòåííû è âðåìåíè îáðàáîò-
êè ñèãíàëà ïîâûøåíèå ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ïî
óãëîâûì êîîðäèíàòàì è ïî ñêîðîñòè äâèæåíèÿ îáúåê-
òà âîçìîæíî òîëüêî ñ óìåíüøåíèåì äëèíû âîëíû.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïî-
ëó÷èëè óñòðîéñòâà íà îñíîâå ïîëóïðîâîäíèêîâûõ
ìèêðîñõåì ÑÂ× � àâòîãåíåðàòîð, óñèëèòåëü ìîù-
íîñòè, ôàçîâðàùàòåëü, ñìåñèòåëü è ò. ä., ò. å. ïðèåìî-
ïåðåäàþùèå ìîäóëè, ïîäêëþ÷àåìûå ê êàæäîìó èç-
ëó÷àòåëþ (èëè èõ ãðóïïå) ÀÔÀÐ.
Îäíèì èç îñíîâíûõ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ñîâðå-
ìåííûõ ÀÔÀÐ ÿâëÿþòñÿ ìîùíûå òðàíçèñòîðû. Òàêèå
òðàíçèñòîðû äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü ñëåäóþùèì òðå-
áîâàíèÿì:
� âûñîêàÿ óäåëüíàÿ ìîùíîñòü è ýôôåêòèâíîñòü
ðàáîòû òðàíçèñòîðà â çàäàííîì ÷àñòîòíîì äèàïàçîíå;
� ðàñøèðåííûé òåìïåðàòóðíûé äèàïàçîí;
� âûñîêàÿ íàäåæíîñòü;
� èäåíòè÷íîñòü ïàðàìåòðîâ.
 äèàïàçîíå ÷àñòîò ñâûøå 10 ÃÃö íàèáîëåå øè-
ðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè ïîëåâûå òðàíçèñ-
òîðû íà îñíîâå GaAs. Ðàçâèòèå òåõíîëîãèè ïîëåâûõ
òðàíçèñòîðîâ ñàíòèìåòðîâîãî è ìèëëèìåòðîâîãî äè-
àïàçîíîâ äëèí âîëí èäåò ïî ïóòè èñïîëüçîâàíèÿ ãåòå-
ðîýïèòàêñèàëüíûõ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ñîåäèíåíèé
À3Â5 ñëîæíîãî ñîñòàâà. Íà òàêèõ ñòðóêòóðàõ äîñòèã-
íóòû ðåêîðäíûå ïàðàìåòðû ïðèáîðîâ ñ íàèìåíüøèì
êîýôôèöèåíòîì øóìà (Êø), íàèáîëüøèì êîýôôèöè-
åíòîì óñèëåíèÿ ïî ìîùíîñòè (ÊóÐ), à òàêæå ñ íàè-
áîëüøåé ðàáî÷åé ÷àñòîòîé (fp) [1].
Îäíàêî íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïàðàìåòðû êàê
àðñåíèäãàëëèåâûõ, òàê è ãåòåðîñòðóêòóðíûõ òðàíçè-
ñòîðîâ â íàñòîÿùåå âðåìÿ áëèçêè ê òåîðåòè÷åñêè âîç-
ìîæíûì âåëè÷èíàì, è äëÿ äàëüíåéøåãî ðàçâèòèÿ äàí-
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
04. 04 2003 ã.
Îïïîíåíò ê. ô.-ì. í. Ì. È. ÓÃÐÈÍ
("Ñàòóðí-Ìèêðî", ã. Êèåâ)
íîãî íàïðàâëåíèÿ íåîáõîäèì ïîèñê íîâûõ ïîëóïðî-
âîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ.
 ïîñëåäíèå ãîäû âî ìíîãèõ íàó÷íî-èññëåäîâà-
òåëüñêèõ öåíòðàõ ìèðà âåäóòñÿ èíòåíñèâíûå èññëå-
äîâàíèÿ âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ íåêîòîðûõ øè-
ðîêîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ (â ÷àñòíîñòè, SiC è
GaN) äëÿ ñîçäàíèÿ ÑÂ×-òðàíçèñòîðîâ âûñîêîé ìîù-
íîñòè. Íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûìè ïðèáîðàìè ýòîé
ãðóïïû ïðåäñòàâëÿþòñÿ òðàíçèñòîðû ñ ïîâûøåííîé
ïîäâèæíîñòüþ ýëåêòðîíîâ (ÍÅÌÒ � High Electron
Mobility Transistor) íà îñíîâå AlGaN/GaN.  êà÷åñòâå
èëëþñòðàöèè íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíû äàííûå, ïîêà-
çûâàþùèå, êàê èçìåíèëèñü çíà÷åíèÿ óäåëüíîé (à) è
ïîëíîé âûõîäíîé (á) ìîùíîñòè ÑÂ×-òðàíçèñòîðîâ íà
îñíîâå AlGaN/GaN çà ïîñëåäíèå 6 ëåò [2].
 äàííîì îáçîðå, ñîñòàâëåííîì íà îñíîâå îïóá-
ëèêîâàííûõ â ïîñëåäíèå ãîäû ðàáîò, ðàññìîòðåíû íå-
êîòîðûå îñíîâíûå ñâîéñòâà øèðîêîçîííûõ ïîëóïðî-
âîäíèêîâ, âîïðîñû êîíñòðóèðîâàíèÿ è èçãîòîâëåíèÿ,
à òàêæå ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ ìîùíûõ
ÍÅÌÒ íà îñíîâå GaN, èçãîòîâëåííûõ íà ðàçëè÷íûõ
ïîäëîæêàõ (ñàïôèðå, SiC, íèòðèäå ãàëëèÿ).
Ñâîéñòâà íåêîòîðûõ øèðîêîçîííûõ ïîëóïðî-
âîäíèêîâ
Íàèáîëåå âàæíûìè ñâîéñòâàìè ìàòåðèàëîâ, ïðåä-
íàçíà÷åííûõ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ìîùíûõ ÑÂ×-òðàíçè-
ñòîðîâ, ÿâëÿþòñÿ øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû è ñâÿ-
çàííàÿ ñ íåé êðèòè÷åñêàÿ íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñ-
êîãî ïîëÿ, òåïëîïðîâîäíîñòü ïîëóïðîâîäíèêà, ïîä-
âèæíîñòü íîñèòåëåé çàðÿäà, ñêîðîñòü ýëåêòðîíîâ â
ñèëüíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëÿõ. Âëèÿíèå ñêîðîñòè
Ðèñ. 1. Èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ AlGaN/GaN HEMT ñ 1996
ïî 2002 ãã.:
a � óäåëüíàÿ ìîùíîñòü; á � ïîëíàÿ ìîùíîñòü
1996 1998 2000 2002
Ãîäû
12
10
8
6
4
2
0
à)
SiC
ñàïôèð
Ïîäëîæêà:
CREE
Cornell
Ðàííèå èñ-
ñëåäîâàíèÿ
UCSB
UCSB Cornell
HRL
Ó
äå
ëü
íà
ÿ
ì
îù
íî
ñò
ü,
Â
ò/
ì
ì
1996 1998 2000 2002
Ãîäû
60
50
40
30
20
10
0
á)
SiC
ñàïôèð
Ïîäëîæêà:
Ðàííèå èñ-
ñëåäîâàíèÿ HRL
Ï
îë
íà
ÿ
ì
îù
íî
ñò
ü,
Â
ò
CREE NEC
UCSB
Cornell
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 3
54
ÒÂÅÐÄÎÒÅËÜÍÀß ÑÂ×-ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
íàñûùåíèÿ ýëåêòðîíîâ îñîáåííî âàæíî ïðè óâåëè-
÷åíèè ðàáî÷åé ÷àñòîòû, êîãäà ñ óìåíüøåíèåì ðàçìå-
ðîâ àêòèâíîé îáëàñòè âîçðàñòàåò ðîëü áàëëèñòè÷åñ-
êèõ ýôôåêòîâ [3, 4]. Â òàáëèöå ïðèâåäåíû íåêîòî-
ðûå îñíîâíûå ôèçè÷åñêèå ïàðàìåòðû GaAs, SiC, GaN
è Si. Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè ñêîðîñòè
ýëåêòðîíîâ îò íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ
äëÿ ýòèõ æå ìàòåðèàëîâ [5]. Ïðèâåäåííûå äàííûå
ïîêàçûâàþò, ÷òî GaN, îáëàäàþùèé íàèáîëåå øèðî-
êîé çàïðåùåííîé çîíîé, âûñîêîé êðèòè÷åñêîé íàïðÿ-
æåííîñòüþ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è îòíîñèòåëüíî âû-
ñîêîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ, à òàêæå ìàêñèìàëüíîé ñêî-
ðîñòüþ ýëåêòðîíîâ, ïðåäñòàâëÿåòñÿ îäíèì èç íàèáî-
ëåå ïåðñïåêòèâíûõ ìàòåðèàëîâ äëÿ ñîçäàíèÿ ìîù-
íûõ òðàíçèñòîðîâ.
Íàèáîëåå âûñîêèå óäåëüíûå ìîùíîñòè â äèàïà-
çîíå ÷àñòîò 10 ÃÃö è âûøå ïîëó÷åíû ïðè èññëåäî-
âàíèè ÍÅÌÒ íà îñíîâå AlGaN/GaN [6�8]. Ýòî îáóñ-
ëîâëåíî òàêèìè ñâîéñòâàìè ìàòåðèàëà êàê øèðîêàÿ
çàïðåùåííàÿ çîíà (3,4 ýÂ äëÿ GaN è 6,2 ýÂ äëÿ AlN,
÷òî ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü âûñîêèå êðèòè÷åñêèå íàïðÿ-
æåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ � (1...3)·106 Â/ñì), âû-
ñîêàÿ ñêîðîñòü íàñûùåíèÿ ýëåêòðîíîâ (2,2·107 ñì/ñ).
Ïîâåðõíîñòíàÿ êîíöåíòðàöèÿ íîñèòåëåé â îáëàñòè
äâóõìåðíîãî ãàçà äëÿ òàêèõ ñòðóêòóð ñîñòàâëÿåò
≥1·1013 ñì�2, ÷òî íà ïîðÿäîê âûøå, ÷åì äëÿ ñòðóêòóð
òèïà AlGaAs/GaAs.
Îñíîâíûå ðàáîòû â ýòîì íàïðàâëåíèè âåäóòñÿ â
îáëàñòè ðàçðàáîòêè òåõíîëîãèè âûðàùèâàíèÿ è èñ-
ñëåäîâàíèÿ ïàðàìåòðîâ ãåòåðîñòðóêòóð, âëèÿíèÿ
ñâîéñòâ ïîäëîæêè, èçó÷åíèÿ ïðîöåññîâ ïåðåíîñà â
òàêèõ ñèñòåìàõ, âëèÿíèÿ ðàçëè÷íûõ ôèçèêî-õèìè÷åñ-
êèõ ïðîöåññîâ íà çàõâàò íîñèòåëåé è ò. ä.
Êîíñòðóêöèÿ è òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ òðàí-
çèñòîðîâ íà îñíîâå ãåòåðîñòðóêòóð AlGaN/GaN
Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíà íàèáîëåå ïðîñòàÿ ñòðóêòóðà
ÍÅÌÒ AlGaN/GaN [2].  êà÷åñòâå ïîäëîæêè èñïîëü-
çóþò ñàïôèð, SiC, Si, ýòî ìîæåò áûòü òàêæå AlN, èëè
ñëîæíûå îêèñëû. Ýïèòàêñèàëüíûå ñëîè ìîãóò áûòü
âûðàùåíû ìåòîäàìè ìîëåêóëÿðíî-ëó÷åâîé ýïèòàêñèè,
õèìè÷åñêîãî îñàæäåíèÿ ìåòàëëîîðãàíè÷åñêèõ ñîåäè-
íåíèé èç ïàðîâîé ôàçû èëè ãàçîôàçíîé ýïèòàêñèè.
Îäíèì èç íàèáîëåå âàæíûõ ìîìåíòîâ â ñîçäàíèè ãå-
òåðîñòðóêòóð ÿâëÿåòñÿ âûðàùèâàíèå áóôåðíîãî ñëîÿ.
Ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå ïîäëîæêè ñàïôèðà
áóôåðíûé ñëîé (GaN èëè AlN) âûðàùèâàåòñÿ ïðè îò-
íîñèòåëüíî íèçêîé (îáû÷íî ~600°Ñ) òåìïåðàòóðå, çà-
òåì ïîäëîæêà íàãðåâàåòñÿ äî òåìïåðàòóðû, íåîáõî-
äèìîé äëÿ âûðàùèâàíèÿ îñíîâíîãî ñëîÿ [9]. Ñëîè
GaN è AlGaN îáû÷íî âûðàùèâàþò ïðè òåìïåðàòóðå
1000°Ñ ñî ñêîðîñòüþ ~1 ìêì/÷.  êà÷åñòâå áóôåðíî-
ãî ñëîÿ íà ïîäëîæêàõ êàðáèäà êðåìíèÿ îáû÷íî èñ-
ïîëüçóþò ñëîé AlN, âûðàùåííûé ïðè òåìïåðàòóðå
900°C [10].
Ýïèòàêñèàëüíàÿ ñòðóêòóðà ñîäåðæèò áóôåðíûé
ñëîé GaN òîëùèíîé ~100 íì, íåëåãèðîâàííûé ñëîé
GaN òîëùèíîé ~2 ìêì, íåëåãèðîâàííûé ðàçäåëèòåëü-
íûé ñëîé (ñïåéñåð) AlxGa1�xN òîëùèíîé ~5 íì, ëåãè-
ðîâàííûé êðåìíèåì ñëîé AlxGa1�xN ñ êîíöåíòðàöèåé
íîñèòåëåé çàðÿäà ~5·1018 ñì�3 òîëùèíîé ~10 íì è
íåëåãèðîâàííûé áàðüåðíûé ñëîé AlxGa1�xN òîëùèíîé
~10 íì [11]. Ìîëüíàÿ äîëÿ Al â òðîéíîì ñîåäèíåíèè
ìîæåò áûòü â ïðåäåëàõ 0,25�0,3. Ïîäâèæíîñòü íî-
ñèòåëåé çàðÿäà â òàêèõ ñòðóêòóðàõ, èçìåðåííàÿ õîë-
ëîâñêèì ìåòîäîì ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå, ñîñòàâ-
ëÿåò 1100�1300 ñì2/(·ñ), ïîâåðõíîñòíàÿ êîíöåíò-
ðàöèÿ ýëåêòðîíîâ � (1...2)·1013 ñì�2.
Èçãîòîâëåíèå ÍÅÌÒ AlGaN/GaN íà÷èíàåòñÿ ñ ôîð-
ìèðîâàíèÿ àêòèâíîé îáëàñòè ïðèáîðà. Äëÿ ýòîãî
ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî ëèáî ìåçàòðàâëåíèå â ïëàç-
ìå Cl2/Ar [11, 12], ëèáî èîííàÿ èìïëàíòàöèÿ [13].
Ïàðàìåòðû è íàäåæíîñòü ïðèáîðîâ íà îñíîâå GaN,
îñîáåííî ðàáîòàþùèõ â øèðîêîì òåìïåðàòóðíîì
äèàïàçîíå, âî ìíîãîì îïðåäåëÿþòñÿ êà÷åñòâîì êîí-
òàêòîâ. Ôîðìèðîâàíèå îìè÷åñêèõ êîíòàêòîâ âêëþ÷à-
åò ÷àñòè÷íîå ïðîòðàâëèâàíèå ñëîÿ AlGaN â îáëàñòÿõ
èñòîêà è ñòîêà, îñàæäåíèå ìåòàëëà è îòæèã ñòðóêòó-
ðû. Äëÿ ñîçäàíèÿ îìè÷åñêèõ êîíòàêòîâ èñïîëüçóþò
êîìïîçèöèþ Ti/Al /Ni/Au (200/2000/500/400 À°) ñ ïîñ-
ëåäóþùèì îòæèãîì ïðè òåìïåðàòóðå 850�900°Ñ â
Îñíîâíûå ôèçè÷åñêèå ïàðàìåòðû ïîëóïðîâîäíèêîâûõ
ìàòåðèàëîâ
Ïîëó-
ïðî-
âîäíèê
Øèðèíà
çàïðå-
ùåííîé
çîíû,
ýÂ
Òåïëî-
ïðîâîä-
íîñòü,
Âò/(ñì·Ê)
Ïîäâèæ-
íîñòü
ýëåêòðî-
íîâ,
ñì2/(·ñ)
Ïîäâèæ-
íîñòü
äûðîê,
ñì2/(·ñ)
Äèýëåê-
òðè÷åñêàÿ
ïðîíè-
öàåìîñòü
Êðèòè÷å-
ñêàÿ íà-
ïðÿæåí-
íîñòü ïîëÿ,
ÌÂ/ñì
Si 1,12 1,3 1350 480 11,7 0,3
GaAs 1,41 0,55 8500 400 12,9 0,4
SiC 3,0 4,9 400 <90 9,66 3—5
GaN 3,39 1,3 1000 <200 8,9 5
Ðèñ. 3. Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ÍÅÌÒ AlGaN/GaN
Áàðüåð-
íûé ñëîé
AlGaN
Áóôåðíûé
ñëîé GaN
2DEG
Spacer
AlxGa1�xN
ÇàòâîðÑòîê Èñòîê
Ïîäëîæêà
Íåëåãèðîâàííûé
ñëîé GaN
AlxGa1�xN (n=5·1018ñì�3)
Ðèñ. 2. Âëèÿíèå íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íà
ñêîðîñòü ýëåêòðîíîâ â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëàõ
Ñ
êî
ðî
ñò
ü
ýë
åê
òð
îí
îâ
,
10
7
ñì
/ñ 3
2
1
GaN
SiC
Si
GaAs
0 100 200 300
Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, êÂ/ñì
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 3
55
ÒÂÅÐÄÎÒÅËÜÍÀß ÑÂ×-ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
òå÷åíèå 30 ñ [14]. Òàêàÿ òåõíîëîãèÿ ïîçâîëÿåò ïîëó-
÷èòü îìè÷åñêèå êîíòàêòû ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíè-
åì 7,3·10�7 Îì·ñì2 è ðåçóëüòèðóþùåå ñîïðîòèâëåíèå
êîíòàêòà 0,2�0,3 Îì·ìì äëÿ òðàíçèñòîðà AlGaN/GaN,
÷òî ñðàâíèìî ñî çíà÷åíèÿìè ñîïðîòèâëåíèé äëÿ òðàí-
çèñòîðîâ íà GaAs. Îìè÷åñêèå êîíòàêòû ñ íèçêèì
óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì (8,9·10�8 Îì·ñì2) áûëè
ñôîðìèðîâàíû íàïûëåíèåì Ti/Al ñ ïîñëåäóþùèì
áûñòðûì òåðìè÷åñêèì îòæèãîì [4]. Îìè÷åñêèå êîí-
òàêòû ñ õîðîøåé ìîðôîëîãèåé ìîãóò áûòü òàêæå ïî-
ëó÷åíû íà îñíîâå Ta [15].
 êà÷åñòâå ìåòàëëèçàöèè çàòâîðà ìîæåò áûòü èñ-
ïîëüçîâàíà ñèñòåìà Ni/Au [11]. Áûëè ïîëó÷åíû áàðü-
åðû Øîòòêè Pt � n-GaN ñ êîýôôèöèåíòîì èäåàëüíîñ-
òè <1,05. Îäíàêî áîëåå òèïè÷íûå çíà÷åíèÿ êîýôôè-
öèåíòà èäåàëüíîñòè ïðè èññëåäîâàíèè áàðüåðíûõ êîí-
òàêòîâ íà n-GaN ñîñòàâëÿþò 1,3 è âûøå ïðè âûñîòå
ïîòåíöèàëüíîãî áàðüåðà îò 1,1 äî 0,25 ýÂ [4].
Âàæíîå çíà÷åíèå ïðè èçãîòîâëåíèè ïðèáîðîâ èìååò
ïàññèâàöèÿ ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà.  êà÷åñòâå
ïàññèâèðóþùåãî ïîêðûòèÿ èñïîëüçóþò ñëîé SiN òîë-
ùèíîé ~1500 À° .
Ïàðàìåòðû ÑÂ×-òðàíçèñòîðîâ íà îñíîâå
AlGaN/GaN
Ñòàòè÷åñêèå ïàðàìåòðû ÍÅÌÒ AlGaN/GaN ðàñ-
ñìîòðåíû â ðàáîòå [16] äëÿ òðàíçèñòîðîâ ñ äëèíîé
çàòâîðà 0,18 ìêì, øèðèíîé 100 ìêì è ðàññòîÿíèåì
"ñòîê � èñòîê" ~3 ìêì, èçãîòîâëåííûõ íà ñàïôèðî-
âîé ïîäëîæêå. Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíû èçìåðåííûå íà
ïëàñòèíå òèïè÷íûå ÂÀÕ ýòèõ ïðèáîðîâ. Íàïðÿæåíèå
íà çàòâîðå èçìåíÿëè îò 1 äî �5 Â. Ìàêñèìàëüíûé òîê
ñòîêà Ic=920 ìÀ/ìì áûë ïîëó÷åí ïðè ñìåùåíèè íà
çàòâîðå 1 Â è íàïðÿæåíèè ñìåùåíèÿ íà ñòîêå 5 Â.
Òðàíçèñòîð ïîëíîñòüþ ïåðåêðûâàåòñÿ ïðè íàïðÿæå-
íèè çàòâîð-ñòîê Uçñ=�5  (òîê ñòîêà ìåíåå 1 ìÀ/ìì
ïðè íàïðÿæåíèè ñòîê-èñòîê Uñè=10 Â).
Íà ðèñ. 5, à ïîêàçàíû ïåðåäàòî÷íûå õàðàêòåðèñòè-
êè äëÿ ýòîãî æå òðàíçèñòîðà. Íàïðÿæåíèå ñòîê-èñòîê
Uñè=5 Â. Ìàêñèìàëüíàÿ êðóòèçíà gm=212 ìÑì/ìì áûëà
ïîëó÷åíà ïðè Uçñ=�2,84  è Uñè=5 Â. Ðèñ. 5, á èëëþñ-
òðèðóåò ïðåäïîðîãîâóþ çàâèñèìîñòü òîêà ñòîêà îò íà-
ïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå è ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî çàò-
âîð äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâíî óïðàâëÿåò ïîòîêîì íîñè-
òåëåé â êàíàëå. Ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå òðàíçèñòîðà
ñîñòàâëÿåò �4,4 Â.
Íà ðèñ. 6 ïðèâåäåíà âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñ-
òèêà áàðüåðíîãî ïåðåõîäà ïðè êîðîòêîçàìêíóòîì ñòîêå
è èñòîêå äëÿ òðàíçèñòîðà ñ øèðèíîé çàòâîðà 50 ìêì.
Äëÿ ðàññìàòðèâàåìûõ ïðèáîðîâ õàðàêòåðíî îòñóò-
ñòâèå ìÿãêîãî ïðîáîÿ ïðè îáðàòíîì ñìåùåíèè âïëîòü
äî íàïðÿæåíèÿ ~40 Â, ãäå òîê óòå÷êè áûë íå áîëåå
2,6 ìêÀ. Íàïðÿæåíèå îòïèðàíèÿ áàðüåðíîãî ïåðåõîäà
â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè ñîñòàâëÿåò 2,76 Â.
Ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå êàê íà ñòàòè÷åñêèå, òàê è
íà äèíàìè÷åñêèå ïàðàìåòðû òðàíçèñòîðîâ îêàçûâàåò
ïîäëîæêà. Êàê âèäíî èç ðèñ. 4, ïðè íàïðÿæåíèè íà
çàòâîðå â äèàïàçîíå îò 1 äî 0 Â ïðîèñõîäèò ïàäåíèå
òîêà ñòîêà, íà÷èíàþùååñÿ ïðè íàïðÿæåíèè ñòîê-èñ-
òîê ~ 5 Â, ÷òî àâòîðû îáúÿñíÿþò ñàìîðàçîãðåâîì òðàí-
çèñòîðà èç-çà îòíîñèòåëüíî íèçêîé òåïëîïðîâîäíîñ-
òè ñàïôèðà. Íà ðèñ. 7 ñðàâíèâàþòñÿ õàðàêòåðèñòèêè
AlGaN/GaN ÍÅÌÒ, èçãîòîâëåííûõ ïî èäåíòè÷íîé òåõ-
íîëîãèè íà ïîäëîæêàõ SiC, îáúåìíîì GaN è ñàïôè-
ðå [4]. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî êðóòèçíà òðàíçèñòî-
ðîâ, èçãîòîâëåííûõ íà SiC, îáëàäàþùåì íàèáîëåå
âûñîêîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ, îêàçûâàåòñÿ âûøå, ÷åì
íà ãîìîýïèòàêñèàëüíûõ ñòðóêòóðàõ íà îñíîâå GaN.
Èññëåäîâàíèÿ ÑÂ×-ïàðàìåòðîâ ÍÅÌÒ AlGaN/GaN
ïîäòâåðæäàþò âûñîêèå âîçìîæíîñòè ýòèõ ïðèáîðîâ,
ïðåäñêàçàííûå òåîðèåé [17�19]. Íà ðèñ. 8 ïîêàçàíû
ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé íà ïëàñòèíå Ðâûõ, ÊóÐ, η è òîêà
ñòîêà Ic òðàíçèñòîðà ñ øèðèíîé çàòâîðà 300 ìêì [2].
Áûëà ïîëó÷åíà óäåëüíàÿ ìîùíîñòü 10,3 Âò/ìì ïðè
êïä 42%.
Íà ðèñ. 9 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé
âûõîäíîé ìîùíîñòè è êïä òðàíçèñòîðîâ â äèàïàçîíå
ñìåùåíèé îò 10 äî 40 Â; êïä ñîñòàâëÿåò 56�62% â
øèðîêîì äèàïàçîíå íàïðÿæåíèé. Ïðè íàïðÿæåíèè
ñìåùåíèÿ 40  ïîëó÷åíà óäåëüíàÿ ìîùíîñòü 8,3 Âò/ìì
è êïä 57%. ×àñòîòà îòñå÷êè òðàíçèñòîðà fò=100 ÃÃö,
à fìàêñ=140 ÃÃö [2]. Óâåëè÷åíèå ïðîáèâíîãî íàïðÿ-
æåíèÿ äî 570  áûëî äîñòèãíóòî ïðè óâåëè÷åíèè ðàñ-
ñòîÿíèÿ "ñòîê�èñòîê" äî 13 ìêì [14].
Àâòîðàìè ðàáîòû [20] íà òðàíçèñòîðàõ ñ äëèíîé
çàòâîðà 0,12 ìêì, èçãîòîâëåííûõ íà ïîäëîæêå SiC,
ïîëó÷åíû çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè òîêà 1,23 À/ìì, ìàê-
ñèìàëüíîé êðóòèçíû � 314 ìÑì/ìì, ïðîáèâíîãî íà-
ïðÿæåíèÿ çàòâîð-ñòîê � áîëåå 60 Â, ÷àñòîòû îòñå÷-
êè � 121 ÃÃö è ìàêñèìàëüíîé ÷àñòîòû � 162 ÃÃö.
Âûñîêàÿ ìîùíîñòü íà åäèíèöó øèðèíû çàòâîðà
ïîçâîëÿåò óìåíüøàòü ðàçìåðû ïðèáîðîâ, ÷òî íå òîëü-
êî óïðîùàåò òåõíîëîãèþ èçãîòîâëåíèÿ, íî è óâåëè-
÷èâàåò èìïåäàíñ (íà ïîðÿäîê ïî ñðàâíåíèþ ñ GaAs-
ïðèáîðàìè) è â ðåçóëüòàòå óëó÷øàåò ñîãëàñîâàíèå öå-
ïåé. Êðîìå òîãî, óëó÷øàþòñÿ óñëîâèÿ òåïëîîòâîäà.
Òàêèì îáðàçîì, ÍÅÌÒ íà îñíîâå AlGaN/GaN
îáëàäàþò ñóùåñòâåííûìè ïðåèìóùåñòâàìè ïåðåä àíà-
ëîãè÷íûìè ïðèáîðàìè íà îñíîâå GaAs. Ýòî, ïðåæäå
âñåãî, óâåëè÷åíèå â 5�10 ðàç óäåëüíîé ìîùíîñòè
(≥10 Âò/ìì), óâåëè÷åíèå êïä (äî ~60%), óâåëè÷åíèå
ðàáî÷åé òåìïåðàòóðû ïåðåõîäà è ïîâûøåíèå íàäåæ-
íîñòè ïðèáîðîâ. Âñå ýòî â öåëîì ñíèæàåò ñòîèìîñòü
óñòðîéñòâ.
Îäíàêî ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî âûñîêèå çíà÷åíèÿ
ìîùíîñòè ÷àñòî äîñòèãàþòñÿ ïðè âûñîêîé êîìïðåñ-
ñèè óñèëåíèÿ (5�9 äÁ), ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î âû-
ñîêîé íåëèíåéíîñòè. Êðîìå òîãî, îñîáåííîñòüþ
0 2 4 6 8 10
Uñè, Â
I c,
ì
À
/ì
ì
1000
800
600
400
200
0
-5 B
-4 B
-3 B
-2 B
-1 B
0
U
çè
=1 ÂUçè=1 Â
0 Â
�1 Â
�2 Â
�3 Â
�4 Â
�5 Â
Ðèñ 4. Âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè HEMT AlGaN/
GaN ñ äëèíîé çàòâîðà 0,18 ìêì è øèðèíîé 100 ìêì
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 3
56
ÒÂÅÐÄÎÒÅËÜÍÀß ÑÂ×-ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòè êðóòèçíû gm è òîêà ñòîêà Ic îò íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå Uçè (à) è ïðåäïîðîãîâàÿ çàâèñèìîñòü òîêà
ñòîêà îò íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå (á) äëÿ ÍÅÌÒ AlGaN/GaN ñ äëèíîé çàòâîðà 0,18 ìêì [16]
Ðèñ. 8. Çàâèñèìîñòü âûõîäíîé ìîùíîñòè Ðâûõ, êîýôôè-
öèåíòà óñèëåíèÿ ïî ìîùíîñòè ÊóÐ, êïä η è òîêà ñòîêà Ic
îò âõîäíîé ìîùíîñòè Ðâõ äëÿ òðàíçèñòîðà AlGaN/GaN ñ
äëèíîé çàòâîðà 0,6 ìêì è øèðèíîé 300 ìêì
1 � ÊóÐ
2 � Ðâûõ
3 � η
4 � Ic
40
30
20
10Ð
âû
õ,
ä
Á
ì
; Ê
óÐ
, ä
Á
; η
, %
0 5 10 15 20 25 30
Ðâõ, äÁì
1
2
3
4
160
140
120
100
80
60
40
20
0
I c,
ì
À
Ðèñ. 9. Çàâèñèìîñòè âûõîäíîé ìîùíîñòè è êïä îò âõîä-
íîé ìîùíîñòè òðàíçèñòîðà ñ äëèíîé çàòâîðà 0,6 ìêì è
øèðèíîé 300 ìêì ïðè íàïðÿæåíèÿõ ñòîê-èñòîê 10, 15, 20,
25, 30, 35 è 40 Â, èçìåðåííûå íà ÷àñòîòå 8 ÃÃö
Óâåëè÷åíèå V
ñè
Óâåëè÷åíèå Uñè
η, %
40
20
0
�20
8
6
4
2
0
Ðâûõ,
Âò/ìì
�5 0 5 10 15 20 25
Ðâõ, äÁì
Ðèñ. 6. Âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà áàðüåðíîãî
êîíòàêòà ÍÅÌÒ AlGaN/GaN ñ äëèíîé çàòâîðà 0,12 ìêì è
øèðèíîé 50 ìêì
�40 �35 �30 �25 �20 �15 �10 �5 0 5
Uçè, Â
10�4
10�6
10�8
10�10
10�12
I çè
,
À
I c,
À
á) 10�1
10�4
10�7
10�10
�8 �6 �4 �2 0 2
Uçè, Â
Uñè=5 Â
Wç=50 ìêì
�5 �4 �3 �2 �1 0 1
Uçè, Â
1000
800
600
400
200
0
Uñè=5 Â
240
200
160
120
80
40
0
à)
g m
,
ì
Î
ì
/ì
ì
I c,
ì
À
/ì
ì
Ðèñ. 7. Õàðàêòåðèñòèêè ÍÅÌÒ íà îñíîâå GaN, èçãîòîâ-
ëåííûõ â èäåíòè÷íûõ óñëîâèÿõ íà ïîäëîæêàõ SiC, îáúåì-
íîì GaN è ñàïôèðå
Uñè=10 Â
�10 �8 �6 �4 �2 0 2
Vcè, Â
160
120
80
40
0
g m
,
ì
Ñ
ì
/ì
ì
SiC
Ga N
Ñàïôèð
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 3
57
ÒÂÅÐÄÎÒÅËÜÍÀß ÑÂ×-ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ÍÅÌÒ íà îñíîâå ãåòåðîñòðóêòóð AlGaN/GaN ÿâëÿåò-
ñÿ äèñïåðñèÿ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê â ðå-
æèìå áîëüøîãî ñèãíàëà [2, 21].  êà÷åñòâå ïðèìåðà
íà ðèñ. 10 ïîêàçàíû âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè
òðàíçèñòîðà äî è ïîñëå ïðèëîæåíèÿ áîëüøîãî íàïðÿ-
æåíèÿ ê ñòîêó [22]. Ïðè ýòîì âåëè÷èíà òîêà ñòîêà
ìîæåò áûòü âîññòàíîâëåíà îñâåùåíèåì ïðèáîðà ñâå-
òîì ñ äëèíîé âîëíû ~600 íì, ñîîòâåòñòâóþùåé øè-
ðèíå çàïðåùåííîé çîíû GaN.
Ýòè ýôôåêòû ìîãóò áûòü ñâÿçàíû ñî ñòðóêòóðíû-
ìè îñîáåííîñòÿìè ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñëîåâ, îñî-
áåííîñòÿìè ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà è ïðîöåññîâ ïåðå-
íîñà íîñèòåëåé çàðÿäà â òàêèõ ñèñòåìàõ, ýëåêòðè÷åñ-
êè àêòèâíûìè äåôåêòàìè â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñëî-
ÿõ è íà ãðàíèöàõ ðàçäåëà è ò. ï.  ñâÿçè ñ ýòèì çíà÷è-
òåëüíîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ èññëåäîâàíèÿì ïðèðîäû
äåôåêòîâ â ñëîÿõ AlGaN/GaN è ñîâåðøåíñòâîâàíèþ
òåõíîëîãèè âûðàùèâàíèÿ ýïèòàêñèàëüíûõ ñòðóêòóð.
Ôèçè÷åñêèå ýôôåêòû â ãåòåðîñòðóêòóðàõ
AlGaN/GaN è èõ âëèÿíèå íà ïàðàìåòðû òðàíçè-
ñòîðîâ
Îäíî èç îãðàíè÷åíèé â ãåòåðîñòðóêòóðàõ AlGaN/
GaN ñâÿçàíî ñî ñíèæåíèåì êîíöåíòðàöèè íîñèòåëåé,
îáóñëîâëåííûì ñâîéñòâàìè ñèììåòðè÷íîé ïîòåíöè-
àëüíîé ÿìû íà ãðàíèöå ðàçäåëà, èç êîòîðîé íîñèòåëè
ìîãóò ñâîáîäíî ïåðåõîäèòü â áóôåðíûé GaN- èëè
áàðüåðíûé AlGaN-ñëîé. Ýòî ÿâëåíèå ìîæåò ïðèâî-
äèòü ê óâåëè÷åíèþ íèçêî÷àñòîòíîãî øóìà, à òàêæå ê
ñíèæåíèþ êðóòèçíû [4]. Êðîìå òîãî, òàêèå íîñèòåëè
ìîãóò áûòü çàõâà÷åíû ëîâóøêàìè, ÷òî ïðèâîäèò ê çà-
ìåäëåíèþ ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ è äåãðàäàöèè òîêî-
âûõ õàðàêòåðèñòèê.
Âëèÿíèå ãëóáîêèõ óðîâíåé íà ïàðàìåòðû ïîëåâûõ
òðàíçèñòîðîâ íà îñíîâå GaN îïèñàíî â [23]. Ïîêàçà-
íî, ÷òî íà õàðàêòåðèñòèêè òðàíçèñòîðîâ îêàçûâàþò
âëèÿíèå ãëóáîêèå óðîâíè â çàïðåùåííîé çîíå GaN.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî àíàëîãè÷íûå ýôôåêòû íàáëþ-
äàëèñü â ñòðóêòóðàõ AlGaAs/GaAs. Ôîðìèðîâàíèå
òàêèõ óðîâíåé ñâÿçàíî ñ óñëîâèÿìè ðîñòà ýïèòàêñè-
àëüíîãî ñëîÿ. Äëÿ óëó÷øåíèÿ ïàðàìåòðîâ ýïèòàêñè-
àëüíûõ ñëîåâ GaN è AlGaN â ïðîöåññå ðîñòà â ðàñ-
òóùóþ ïëåíêó ââîäÿò èíäèé. Ïðè ýòîì óëó÷øàåòñÿ
ìîðôîëîãèÿ ïîâåðõíîñòè, ïîâûøàåòñÿ íà 10�20%
ïîäâèæíîñòü íîñèòåëåé çàðÿäà [20].
Îäíèì èç îñíîâíûõ ôèçè÷åñêèõ ýôôåêòîâ, îïðå-
äåëÿþùèõ ïîâåäåíèå ïðèáîðîâ è îêàçûâàþùèõ âëè-
ÿíèå íà ïëîòíîñòü äåôåêòîâ â ïîëóïðîâîäíèêîâîé
ñòðóêòóðå, ÿâëÿþòñÿ ñèëüíûå ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå
ñâîéñòâà è ïîëÿðíàÿ ïðèðîäà ïîâåðõíîñòåé GaN è
AlGaN [4]. Ðîëü, êîòîðóþ èãðàþò â îáðàçîâàíèè äèñ-
ëîêàöèé ìåõàíè÷åñêèå äåôîðìàöèè, îáóñëîâëåííûå
ðàçëè÷èåì â ïîñòîÿííûõ ðåøåòîê ñëîåâ, èëëþñòðè-
ðóåò ðèñ. 11 [2]. Ìåõàíè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ, âûçâàí-
íûå ðîñòîì AlxGa1�xN íà GaN, ïðèâîäÿò ê ïüåçîýëåêò-
ðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè, êîòîðàÿ ñêëàäûâàåòñÿ ñî ñïîí-
òàííîé ïîëÿðèçàöèåé, îáóñëîâëåííîé êðèñòàëëè÷åñ-
êîé ñòðóêòóðîé ñëîåâ. Â ðåçóëüòàòå íà ãðàíèöå ðàçäå-
ëà ñëîåâ AlxGa1�xN è GaN íàêàïëèâàåòñÿ çàðÿä, îêà-
çûâàþùèé âëèÿíèå íà ïðîöåññû ïåðåíîñà â òàêîé
ñòðóêòóðå.
 ðàáîòå [4] îïèñàí íîâûé ìîùíûé AlGaN/InGaN/
GaN äâîéíîé ãåòåðîïåðåõîäíûé ïîëåâîé òðàíçèñòîð
(DHFET). Â òàêîé ñòðóêòóðå ìåæäó áóôåðíûì ñëîåì
GaN è áàðüåðíûì ñëîåì Al0,25Ga0,75N ðàñïîëàãàåòñÿ
òîíêèé (50 À° ) ñëîé In0,1Ga0,9N, êîòîðûé â ðåçóëüòàòå
èçìåíåíèé â çîííîé ñòðóêòóðå è ôîðìèðîâàíèÿ ïî-
ëÿðèçàöèîííûõ çàðÿäîâ íà ãåòåðîãðàíèöå îáåñïå÷è-
âàåò âûñîêóþ êîíöåíòðàöèþ äâóõìåðíûõ ýëåêòðîíîâ
â ïîòåíöèàëüíîé ÿìå.
 îòëè÷èå îò îáû÷íûõ ïðèáîðîâ ýòîãî òèïà, ýëåê-
òðè÷åñêîå ïîëå â InGaN êâàíòîâîé ÿìå îñòàåòñÿ ïðàê-
òè÷åñêè ïîñòîÿííûì â øèðîêîì äèàïàçîíå íàïðÿæå-
íèé íà çàòâîðå, ò. ê. îïðåäåëÿþùåå âëèÿíèå íà ñâîé-
Ðèñ. 11. Çîííàÿ äèàãðàììà (à) è ïüåçîýëåêòðè÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ (á) â çàâèñèìîñòè îò ïîñòîÿííîé ðåøåòêè äëÿ
(Al, Ga, In, N)-ñèñòåìû
Äèñëîêàöèè
à)
AlN
Ïîäëîæêà
(ñàïôèð
èëè SiC)
2 DEG
AlGaN/GaN
HEMT
Ðàçëè÷èÿ â
ïîñòîÿííûõ
ðåøåòêè
InN
GaN
Ðèñ. 10. Çàâèñèìîñòü òîêà ñòîêà îò íàïðÿæåíèÿ ñòîê-
èñòîê äî (1) è ïîñëå (2) ïðèëîæåíèÿ ê ñòîêó íàïðÿæåíèÿ
ñìåùåíèÿ 20 Â äëÿ òðàíçèñòîðà íà îñíîâå AlGaN/GaN
I c,
ì
À
10
8
6
4
2
0 5 10 15 20 25 30
Uñè, Â
1 2
Ø
èð
èí
à
çà
ïð
åù
åí
íî
é
çî
íû
,
ýÂ
7
6
5
4
3
2
1
3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6
Ïîñòîÿííàÿ ðåøåòêè à0, À
°
á)
Ï
üå
çî
ýë
åê
òð
è÷
åñ
êà
ÿ
ïî
ñò
îÿ
íí
àÿ
,
Ê
ë/
ì
2
A
lN
G
aN
In
N
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
�0,5
�1,0
Ïüåçîêîíñòàíòû ñîåäèíåíèé À3Â5
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 3
58
ÒÂÅÐÄÎÒÅËÜÍÀß ÑÂ×-ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ñòâà ãåòåðîãðàíèöû îêàçûâàþò ïîëÿðèçàöèîííûå çà-
ðÿäû. Â DHFET â ðåçóëüòàòå óìåíüøåíèÿ ðàññîãëà-
ñîâàíèÿ ðåøåòîê ìåõàíè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ â áè-
ñëîéíîé AlGaN/InGaN-ñòðóêòóðå íà GaN-áóôåðå
áëèçêè ê íóëþ ïðè ëþáûõ çíà÷åíèÿõ íàïðÿæåíèÿ íà
çàòâîðå. Ñëåäîâàòåëüíî, îòñóòñòâóþò çíà÷èòåëüíûå èç-
ìåíåíèÿ çàðÿäà, îáóñëîâëåííûå äåôîðìàöèÿìè,
âûçâàííûìè ìîäóëÿöèåé íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå. Ïðè
ýòîì, ñîîòâåòñòâåííî, óìåíüøàåòñÿ è äèñïåðñèÿ òîêà.
Ýòè ïðèáîðû ïîêàçàëè âûõîäíóþ ìîùíîñòü 4,3 Âò/ìì
â íåïðåðûâíîì ðåæèìå è 6,3 Âò/ìì â èìïóëüñíîì ïðè
êîìïðåññèè óñèëåíèÿ 4 äÁ. Ïðè ýòîì íà õàðàêòåðèñ-
òèêàõ íå íàáëþäàëñÿ ýôôåêò äåãðàäàöèè òîêà íè â
èìïóëüñíîì, íè â íåïðåðûâíîì ðåæèìå.
Ïîñêîëüêó â ïðèáîðàõ íà îñíîâå GaN ìåõàíè÷åñ-
êèå íàïðÿæåíèÿ, ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå è ïèðîýëåêòðè-
÷åñêèå ýôôåêòû èãðàþò ïðåîáëàäàþùóþ ðîëü, äëÿ
äîñòèæåíèÿ âûñîêèõ ïàðàìåòðîâ íåîáõîäèìî íàó÷èòü-
ñÿ óïðàâëÿòü ýòèìè ýôôåêòàìè. Òàêîå óïðàâëåíèå
ìîæåò áûòü äîñòèãíóòî ïðè èñïîëüçîâàíèè ÷åòâåð-
íûõ ñîåäèíåíèé òèïà AlxInyGa1�x�yN [4]. Ïðè ñîîòâåò-
ñòâóþùåì ïîäáîðå ïàðàìåòðîâ ñëîåâ ìîæíî ÷àñòè÷-
íî èëè ïîëíîñòüþ êîìïåíñèðîâàòü ðàññîãëàñîâàíèå
ðåøåòîê, ÷òî óëó÷øàåò ñòðóêòóðíûå, îïòè÷åñêèå è
ýëåêòðîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà òàêèõ ãåòåðîñòðóêòóð.
Äëÿ óëó÷øåíèÿ êà÷åñòâà ãåòåðîñòðóêòóð âîçìîæíî
òàêæå èñïîëüçîâàíèå ñâåðõðåøåòîê GaN/AlN/InN.
Òàêèì îáðàçîì, ïîäáîðîì ðàñïîëîæåíèÿ, òîëùè-
íû è ñîñòàâà ñëîåâ ìîæíî óïðàâëÿòü ýëåêòðîôèçè-
÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè ýïèòàêñèàëüíûõ ñòðóêòóð è
òðàíçèñòîðîâ. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî äàííûå ðàáîòû
íîñÿò ïîêà òîëüêî èññëåäîâàòåëüñêèé õàðàêòåð, ìîæ-
íî îæèäàòü, ÷òî â áëèæàéøåå âðåìÿ ïîÿâÿòñÿ ïðèáî-
ðû ñ ïàðàìåòðàìè, ïðåäñêàçàííûìè òåîðåòè÷åñêè.
Âûâîäû
Àíàëèç îïóáëèêîâàííûõ çà ïîñëåäíèå ãîäû ðåçóëü-
òàòîâ èññëåäîâàíèé ïîêàçûâàåò íåñîìíåííóþ ïåðñ-
ïåêòèâíîñòü ïðèìåíåíèÿ øèðîêîçîííûõ ïîëóïðîâîä-
íèêîâûõ ìàòåðèàëîâ äëÿ ñîçäàíèÿ òðàíçèñòîðîâ âû-
ñîêîé ìîùíîñòè. Îñíîâíûì òèïîì òàêèõ ïðèáîðîâ
ÿâëÿåòñÿ ÍÅÌÒ íà îñíîâå ãåòåðîñòðóêòóð AlGaN/GaN.
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ ýïè-
òàêñèàëüíûõ ñòðóêòóð äëÿ ýòèõ òðàíçèñòîðîâ åùå íà-
õîäèòñÿ â ñòàäèè ëàáîðàòîðíûõ èññëåäîâàíèé, äîñ-
òèãíóòûé óðîâåíü ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðîâ (óäåëü-
íîé ìîùíîñòè ≥10 Âò/ìì, êïä ~50�60%) â äèàïà-
çîíå ÷àñòîò äî 10 ÃÃö è âûøå ïîäòâåðæäàåò ïåðñ-
ïåêòèâíîñòü èõ èñïîëüçîâàíèÿ â ñîâðåìåííûõ ñèñòå-
ìàõ ÀÔÀÐ.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Yamashita Y., Endoh A., Higashiwaki M. et al. High fT 50-nm-
gate InAlAs/InGaAs high electron mobility transistors lattice-matched
to InP substrates // Jpn. J. Appl. Phys.� 2000.� Vol. 39.� P. L838
� L840.
2. Mishra U. K., Parikh P., Wu Y.- F. AlGaN/GaN HEMTs�an
overview of device operation and applications // Proc. IEEE.�
2002.� Vol. 90, N 6.� P. 1022 � 1031.
3. Eastman L. F., Mishra U. K. The toughest transistor yet //
IEEE Spectrum.� 2002.� N. 5.� P. 28�33.
4. Shur M. S., Gaska R., Khan A., Simin G. Wide band gap electronic
devices / Fourth IEEE International Caracas Conference on Devices,
Circuits and Systems.� Aruba.� 2002, April 17�19.� P. D051-1�
D051-8.
5. Shur M. S., Khan M. A. Wide band gap semiconductors.
Good results and great expectations // Proc. of 23d Internat.
Sympos. on GaAs and Related Compounds.� St. Peterburg, Russia,
Sept. 22�28, 1996.� Institute Phys. Conference Series.� N 155,
Chapter 2.� P. 25�32.
6. Wu Y. F., Kapolnek D., Ibbetson J. P. et al. Very-high power
density AlGaN/GaN HEMTs // IEEE Trans. Electron Dev.� 2001.�
Vol. 48, N 3.� P. 586�590.
7. Sheppard S. T., Doverspike K., Pribble W. L. et al. High power
microwave GaN/AlGaN HEMTs on silicon carbide // IEEE Electron
Dev. Letters.� 1999.� Vol. 20, N 4.� P. 161�163.
8. Nguyen N. X., Micovic M., Wong W. S. et al. High performance
microwave power GaN/AlGaN MODFETs grown by RF-assisted MBE
// Electron Lett.� 2000.� Vol. 36, Mar.� P. 468�469.
9. Amano H., Sawaki N., Akasaki I., Toyoda Y. Metalorganic
vapor phase epitaxial growth of high quality GaN film using an
AlN buffer layer // Appl. Phys. Lett.� 1986.� Vol. 48, N 5.�
P. 353�355.
10. Weeks T. W., Bremser M. D., Ailey K. S. et al. GaN thin
films deposited via organometallic vapor phase epitaxy on alpha
(6H)-SiC(0001) using high-temperature monocrystalline AlN buffer
layers // Appl. Phys. Lett.� 1995.� Vol. 67, N 7.� P. 401�403.
11. Kumar V., Lu W., Kiliev A. et al. AlGaN/GaN HEMTs on SiC
with fT of over 120 GHz // IEEE Electron Dev. Letters.� 2002.�
Vol. 23, N 8.� P. 455�547.
12. Pearton S. J., Zolper J. C., Shul R. J., Ren F. GaN:
processing, defects and devices // J. Appl. Phys.�1999.�
Vol. 86, N 1.� P. 1�78.
13. Binari S. C., Dietrich H. B., Kelner G. et al. H, He, and N
implant isolation of n-type GaN // J. Appl. Phys.� 1995.� Vol. 78,
N 5.� P. 3008�3011.
14. Zhang N.-Q., Keller S., Parish G. et al. High breakdown GaN
HEMT with overlapping gate structures // IEEE Electron Dev.
Letters.� 2000.� Vol. 21, N 9.� P. 373�375.
15. Qiao D., Jia L., Yu L. S. et al. Ta-based interface ohmic
contacts to AlGaN/GaN heterostructures // J. Appl. Phys.� 2001.�
Vol. 89, N 10.� P. 5543�5546.
16. Lu W., Kumar V., Schwindt R. et al. DC, RF and microwave
noise performances of AlGaN/GaN HEMTs on sapphire substrates
// IEEE Trans. Microwave Theory and Techn.� 2002.� Vol. 50,
N 11.� P. 2499�2504.
17. Keller S., Wu Y.-F., Parish G. et al. Gallium nitride based high
power heterojunction field effect transistor: process development
and present status at UCSB // IEEE Trans. Electron Devices.�
2001.� Vol. 48, N 3.� P. 552�559.
18. Sheppard S. T., Doverspike K., Pribble W. L. et al. High
power microwave GaN/AlGaN HEMTs on silicon carbide // IEEE
Electron Device Lett.� 1999.� Vol. 20, N 4.� P. 161�163.
19. Wu Y.-F., Kapolnek D., Ibbetson J. P. et al. Very-high power
density AlGaN/GaN HEMTs // IEEE Trans. Electron Devices.�
2001.� Vol. 48, N 3.� P. 586�590.
20. Kumar V., Lu W., Schwindt R. et al. AlGaN/GaN HEMTs on
SiC with fT of over 120 GHz // IEEE Electron Dev. Letters.�
2002.� Vol. 23, N 8.� P. 455�457.
21. Binari S. C., Klein P. V., Kazior T. E. Trapping effects in GaN
and SiC microwave FETs // Proc. IEEE.� 2002.� Vol. 90, N 6.�
P. 1048�1058.
22. Khan M. A., Shur M. S., Chen Q. C., Kuznia J. N. Current/
voltage characteristic collapse in AlGaN/GaN heterostructure insulated
gate field effect transistors at high drain bias // Electron. Lett.�
1994.� Vol. 30, N 25.� P. 2175�2176.
23. Binari S. C., Kruppa W., Dietrich H. B. et al. Fabrication and
characterization of GaN FETs // Solid-State Electron.�1997.�
Vol. 41, N 10.� P. 1549�1554.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70641 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:35:36Z |
| publishDate | 2003 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Босый, В.И. Иващук, А.В. Ковальчук, В.Н. Семашко, Е.М. 2014-11-09T11:39:17Z 2014-11-09T11:39:17Z 2003 Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников / В.И. Босый, А.В. Иващук, В.Н. Ковальчук, Е.М. Семашко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — № 3. — С. 53-58. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70641 621.382.323 Представлен обзор опубликованных в последние годы результатов по созданию мощных СВЧ-транзисторов на основе гетероструктур AlGaN/GaN. Рассмотрены вопросы конструкции и технологии изготовления данных транзисторов, результаты исследований влияния подложки на характеристики приборов. Показано, что НЕМТ на основе гетероструктур AlGaN/GaN могут обеспечивать 5—10-кратное увеличение удельной мощности (≥10 Вт/мм) при кпд до 60%, увеличение рабочих температур, повышение надежности по сравнению с приборами на основе GaAs. The review of the outcomes, published per last years, on creation of UHF power transistors on AlGaN/GaN heterostructures is submitted. The problems of a design and technology of manufacturing of the transistors as well as an influence of a substrate on the characteristics of devices are surveyed. Is exhibited, that AlGaN/GaN НЕМТs can provide (5-10) multiple increases of power density (≥10 W/mm) at an efficiency up to 60 %, increase of operation temperatures, reliability increasing as compared to GaAs devices. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Твердотельная СВЧ-микроэлектроника Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников Power UHF transistors on the wide bandgap semiconductors Article published earlier |
| spellingShingle | Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников Босый, В.И. Иващук, А.В. Ковальчук, В.Н. Семашко, Е.М. Твердотельная СВЧ-микроэлектроника |
| title | Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников |
| title_alt | Power UHF transistors on the wide bandgap semiconductors |
| title_full | Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников |
| title_fullStr | Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников |
| title_full_unstemmed | Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников |
| title_short | Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников |
| title_sort | мощные свч-транзисторы на основе широкозонных полупроводников |
| topic | Твердотельная СВЧ-микроэлектроника |
| topic_facet | Твердотельная СВЧ-микроэлектроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70641 |
| work_keys_str_mv | AT bosyivi moŝnyesvčtranzistorynaosnoveširokozonnyhpoluprovodnikov AT ivaŝukav moŝnyesvčtranzistorynaosnoveširokozonnyhpoluprovodnikov AT kovalʹčukvn moŝnyesvčtranzistorynaosnoveširokozonnyhpoluprovodnikov AT semaškoem moŝnyesvčtranzistorynaosnoveširokozonnyhpoluprovodnikov AT bosyivi poweruhftransistorsonthewidebandgapsemiconductors AT ivaŝukav poweruhftransistorsonthewidebandgapsemiconductors AT kovalʹčukvn poweruhftransistorsonthewidebandgapsemiconductors AT semaškoem poweruhftransistorsonthewidebandgapsemiconductors |