ИНТЕГРАЦИЯ НОРМАЛЬНО-ОТКРЫТЫХ И НОРМАЛЬНО-ЗАКРЫТЫХ AIGaAs/GaAs ПТШ ДЛЯ БЫСТРДЕЙСТВУЮЩИХ МИС

January 11, 2013 by admin Комментировать »

Гусенкова А. В. *, Малеев Н. А.*, Михрин В. С.*, Кузьменков А. Г.*, Васильев А. П.*, Кулагина М. М.*, Жуков А. Е.*, Шуленков А. С. *®

*Минский НИИ радиоматериалов ул. Кижеватова, 86, г. Минск, 220024, Беларусь ®тел.: +37517-2785697, ®e-mail: shulenkov@inbox.ru * Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе ул. Политехническая, 26, г. С.-Петербург, 194021, Россия

Аннотация – Предложена технология монолитной интеграции нормально-открытых и нормально-закрытых ПТШ для создания быстродействующих монолитных интегральных схем, включающих в свой состав помимо СВЧ-схемы и управляющие драйверы. Изготовленные транзисторы демонстрируют высокую однородность параметров по площади пластины и имеют динамические характеристики, аналогичные GaAs ПТШ, изготовленным по традиционной технологии.

I. Введение

Развитие технологии монолитных интегральных схем (МИС), объединяющих в одном кристалле нор- мально-открытые и нормально-закрытые транзисторы, представляет большой интерес с точки зрения интеграции микроволновой части схемы с управляющими драйверами. Данная задача наиболее актуальна для реализации пассивных СВЧ-схем, таких как аттенюаторы, переключатели, фазовращатели и т. п. Например, для управления 5-ти битовым монолитным аттенюатором необходимо применение внешних драйверов, преобразующих 5-ти разрядный код ослабления в 10 управляющих напряжений, подаваемых на кристалл аттенюатора [1]. Помимо усложнения конструкции модуля, использование внешних драйверов ограничивает время переключения при использовании КМОП-логики.

Монолитная интеграция нормально-открытых и нормально-закрытых транзисторов позволяет реализовать драйвер непосредственно на кристалле, используя только однополярное питание. Однако реализовать такие устройства с использованием стандартной технологии ПТШ GaAs весьма сложно из-за большого разброса параметров транзисторов в процессе травления при подгонке тока канала.

II. Основная часть

Интеграция двух типов транзисторов с приемлемым выходом годных практически возможна за счет использования технологии селективного травления при подгонке тока канала транзистора [2]. В настоящей работе использовалась транзисторная гетероструктура GaAs/AGaAs/GaAs, выращенная методом молекулярно-пучковой эпитаксии на установке Riber- 32, схематическое поперечное сечение которой представлено на рис.1. Толщины и профиль легирования слоев структуры рассчитывались так, чтобы обеспечить формирование нормально-открытых и нормально-запертых транзисторов. Для реализации возможности селективного травления в качестве стоп-слоев использован AI0.9Ga0.1As, обеспечивающий достаточную селективность травления по отношению к GaAs и, одновременно, менее подверженный окислению по сравнению с широко используемыми стоп-слоями AlAs.

Для изготовления транзисторов применялся стандартный технологический процесс «взрывной» фотолитографии с длиной затвора 0,35 мкм. Для селективного травления транзисторной гетероструктуры при формировании затвора использовались жидкостные травители двух составов:                                       лимонная

кислота (0,05М): Н2О2: НгО (15:3:100) (рН=2,6) и цитрат натрия (0,05М): Н2О2: Н2О (5:1:100) (рН=7,8). Для обеспечения качественного барьера Шоттки проводилась удаление стоп-слоев AlogGaoiAs в растворе на основе соляной кислоты.

Изготовление нормально-открытых и нормальнозакрытых транзисторов проводили в два этапа. Вначале проводили травление канала до первого стоп- слоя и напыление барьерного контакта нормальнооткрытого транзистора, затем после новой операции фотолитографии каналы нормально-закрытых транзисторов травили до второго стоп-слоя с промежуточным удалением первого стоп-слоя и проводили напыление барьерного контакта.

Рис. 1. Используемая гетероструктура с двумя стоп-слоями.

Fig. 1. MESFET heterostructure with two stop-etch layers

Puc. 2. BAX нормально-открытого ПТШ. Fig. 2. I-V characteristics of D-mode MESFET

На рис. 2 представлены вольтамперные характеристики полученных тестовых нормально-открытых транзисторов шириной 30 мкм. Верхняя характеристика соответствует нулевому смещению на затворе, шаг ступеньки – минус 0.1 В. На рис. 3 представлены вольтамперные характеристики тестовых нормальнозакрытых транзисторов шириной 30 мкм. Нижняя характеристика соответствует нулевому смещению на затворе, шаг ступеньки – плюс 0.1 В.

Рис. 3. ВАХ нормально-закрытого ПТШ.

Fig. 3. I-V characteristics of E-mode MESFET

Puc. 4. Распределение токов насыщения изготовленных нормально-открытых (а) и нормально-закрытых транзисторов (Ь).

Fig. 4. Distribution of the Ids for D-mode (a) and E-mode (b) MESFET

После изготовления приборов было измерено распределение ТОКОВ насыщения транзисторов по пластине. На рис. 4 представлены гистограммы распределения тока насыщения при нулевом смещении для нормально-открытого транзистора с шириной затвора 120 мкм (а) и для аналогичного нормально-закрытого транзистора при смещении на затворе 0.6 В (Ь).

Для оценки СВЧ-характеристик изготовленных приборов были проведены измерения коэффициента усиления и коэффициента шума полученных нор- мально-открытых транзисторов. На частоте 12 ГГц коэффициент усиления составил 9.2 дБ, коэффициент шума – 1.4 дБ.

III.                                  Заключение

Разработанная конструкция и технологический процесс интеграции нормально-открытых и нормально-закрытых транзисторов позволяет перейти к проектированию быстродействующих СВЧ-МИС, объединяющих СВЧ-схему и управляющие драйверы. Процесс основан на использовании транзисторной гетероструктуры GaAs/AIGaAs с двумя стоп-слоями AI1-xGaxAs, ограничивающими травление канала при формировании затворов разных типов транзисторов на заданной глубине. Проведенны статические и динамические измерения изготовленных транзисторов.

IV.                           Список литературы

[1] л. и. Демченко, А. С. Игнатенко, А. Ф. Коваленко,

А. А. Павлючик, А. С. Шуленков. Монолитный 5-ти битовый аттенюатор диапазона 1-12 ГГц, В кн.: 12-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2002). Материалы конф. [Севастополь, 9-13 сент. 2002 г.]. – Севастополь: Вебер, 2002, с. 141-142.

[2] Alavi etal. «А Highly Uniform, and High Throughput, Double Selective pHEMT Process Using an all Wet Etch Chemistry». 2002 GaAs MANTECH Conference

INTEGRATION OF DEPLETION- AND ENHANCEMENT-MODE AIGaAs/GaAs MESFET FOR HIGH-SPEED MMIC APPLICATION

Gusenkova A. V. *, Maleev N. A. ^, Mikhrin V. S. Kuzmenkov A. G.*, Vasil’ev A. P.*, Kulagina M. M.^, Zhukov A. E.*’, ShulenkovA. S.*

A. F. Ioffe Phys.-Techn. Inst.

Politekhnicheskaya, 26, St. Petersburg, 194021 Minsk R&D Institute of Radiomaterials Kizhevatov str, 86, Minsk, 220024, Belarus Ph.: +375-17-2785697, e-mail: shulenkov@inbox.ru

Abstract – An enhancement/depletion 0.35-мт recessed- gate GaAs MESFET process based on selective wet etching using Ah.xGaxAs etch-stop layers is presented. The technology proposed provides precise control of channel etching depth and demonstrates high uniformity of device characteristics.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты