Зображення обкладинки

Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников

A review of recent published results on the development of high-power microwave transistors based on AlGaN/GaN heterostructures is presented. The design and manufacturing technology of these transistors are discussed, along with studies of substrate influence on device characteristics. It is shown t...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2003
Автори: Bosyi, V. I., Ivashchuk, A. V., Kovalchuk, V. N., Semashko, E. M.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2003
Теми:
мощные СВЧ‑транзисторы
гетероструктуры AlGaN/GaN
HEMT
надежность приборов
Онлайн доступ:https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.3.53
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Technology and design in electronic equipment
Завантажити файл: Pdf

Репозитарії

Technology and design in electronic equipment
_version_ 1868747562256695296
author Bosyi, V. I.
Ivashchuk, A. V.
Kovalchuk, V. N.
Semashko, E. M.
author_facet Bosyi, V. I.
Ivashchuk, A. V.
Kovalchuk, V. N.
Semashko, E. M.
author_institution_txt_mv [ { "author": "V. I. Bosyi", "institution": "SPE «Saturn», Kyiv, Ukraine" }, { "author": "A. V. Ivashchuk", "institution": "SPE «Saturn», Kyiv, Ukraine" }, { "author": "V. N. Kovalchuk", "institution": "SPE «Saturn», Kyiv, Ukraine" }, { "author": "E. M. Semashko", "institution": "SPE «Saturn», Kyiv, Ukraine" } ]
author_sort Bosyi, V. I.
baseUrl_str https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai
collection OJS
datestamp_date 2026-06-22T12:48:06Z
description A review of recent published results on the development of high-power microwave transistors based on AlGaN/GaN heterostructures is presented. The design and manufacturing technology of these transistors are discussed, along with studies of substrate influence on device characteristics. It is shown that HEMTs based on AlGaN/GaN heterostructures can provide a 5–10-fold increase in specific power (≥10 W/mm) with efficiency up to 60%, higher operating temperatures, and improved reliability compared to GaAs-based devices.
first_indexed 2026-06-23T01:02:33Z
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 ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊΠÏðåäñòàâëåí 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,  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,  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].  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 ý äëÿ GaN è 6,2 ý 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, ý 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 ý [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  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  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,  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  0  �1  �2  �3  �4  �5  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,  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,  Uñè=5  Wç=50 ìêì �5 �4 �3 �2 �1 0 1 Uçè,  1000 800 600 400 200 0 Uñè=5  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  �10 �8 �6 �4 �2 0 2 Vcè,  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.  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).  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  äëÿ òðàíçèñòîðà íà îñíîâå AlGaN/GaN I c, ì À 10 8 6 4 2 0 5 10 15 20 25 30 Uñè,  1 2 Ø èð èí à çà ïð åù åí íî é çî íû , ý 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.  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 oai:tkea.com.ua:article-1275
institution Technology and design in electronic equipment
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-06-23T01:02:33Z
publishDate 2003
publisher PE &quot;Politekhperiodika&quot;, Book and Journal Publishers
record_format ojs
resource_txt_mv wwwtkeacomua/23/507cb770391d11759ceb7c7f1c799a23.pdf
spelling oai:tkea.com.ua:article-12752026-06-22T12:48:06Z High-power microwave transistors based on wide-band semiconductors Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников Bosyi, V. I. Ivashchuk, A. V. Kovalchuk, V. N. Semashko, E. M. high-power microwave transistors AlGaN/GaN heterostructures HEMT device reliability мощные СВЧ‑транзисторы гетероструктуры AlGaN/GaN HEMT надежность приборов A review of recent published results on the development of high-power microwave transistors based on AlGaN/GaN heterostructures is presented. The design and manufacturing technology of these transistors are discussed, along with studies of substrate influence on device characteristics. It is shown that HEMTs based on AlGaN/GaN heterostructures can provide a 5–10-fold increase in specific power (≥10 W/mm) with efficiency up to 60%, higher operating temperatures, and improved reliability compared to GaAs-based devices. 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. PE &quot;Politekhperiodika&quot;, Book and Journal Publishers 2003-06-30 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.3.53 Technology and design in electronic equipment; No. 3 (2003): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 53-55 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 3 (2003): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 53-55 3083-6549 3083-6530 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.3.53/1174 Copyright (c) 2003 Bosyi V. I., Ivashchuk A. V., Kovalchuk V. N., Semashko E. M. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
spellingShingle мощные СВЧ‑транзисторы
гетероструктуры AlGaN/GaN
HEMT
надежность приборов
Bosyi, V. I.
Ivashchuk, A. V.
Kovalchuk, V. N.
Semashko, E. M.
Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников
title Мощные СВЧ-транзисторы на основе широкозонных полупроводников
title_alt High-power microwave transistors based on wide-band 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 мощные СВЧ‑транзисторы
гетероструктуры AlGaN/GaN
HEMT
надежность приборов
topic_facet high-power microwave transistors
AlGaN/GaN heterostructures
HEMT
device reliability
мощные СВЧ‑транзисторы
гетероструктуры AlGaN/GaN
HEMT
надежность приборов
url https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.3.53
work_keys_str_mv AT bosyivi highpowermicrowavetransistorsbasedonwidebandsemiconductors
AT ivashchukav highpowermicrowavetransistorsbasedonwidebandsemiconductors
AT kovalchukvn highpowermicrowavetransistorsbasedonwidebandsemiconductors
AT semashkoem highpowermicrowavetransistorsbasedonwidebandsemiconductors
AT bosyivi moŝnyesvčtranzistorynaosnoveširokozonnyhpoluprovodnikov
AT ivashchukav moŝnyesvčtranzistorynaosnoveširokozonnyhpoluprovodnikov
AT kovalchukvn moŝnyesvčtranzistorynaosnoveširokozonnyhpoluprovodnikov
AT semashkoem moŝnyesvčtranzistorynaosnoveširokozonnyhpoluprovodnikov

Схожі ресурси