МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВАЯ ЭПИТАКСИЯ ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ МАТЕРИАЛОВ ТИПА А3В5 ДЛЯ СВЧ-ТРАНЗИСТОРОВ

January 12, 2013 by admin Комментировать »

Журавлев К. С., Торопов А. И., Мансуров В. Г. Институт физики полупроводников, Сибирское отделение Российской Академии наук пр. Ак. Лаврентьева, 13, г. Новосибирск, 603950, Россия тел.: 383-304474, e-mail: zhur@thermo.isp.nsc.ru

Рис. 1а. Концентрация двумерных электронов в канале AIGaAs/lnGaAs/GaAs гетероструктуры.

Аннотация – В докладе представлены результаты работы по развитию МЛЭ технологии гетероструктур для мощных СВЧ транзисторов и интегральных схем на основе материалов типа А3В5, включая широкозонные нитриды элементов третьей группы. Показано, что оптимизация технологических условий выращивания буферного слоя GaAs структур с сильно легированным каналом без слоя псевдоизолятора AIGaAs (аналог структур типа САГ-МК) и со слоем псевдоизолятора AIGaAs под затвором позволяет улучшить параметры транзисторов. Приведена оптимизация гетероструктур AIGaAs/lnGaAs/GaAs для мощных СВЧ транзисторов типа РНЕМТ и технологии их роста. Продемонстрированы результаты по росту GaN/AIGaN гетероструктур с двумерным электронным газом и проведен анализ путей улучшения качества нитридных гетероструктур для мощных транзисторов.

I.                                       Введение

Технология молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) активно используется в мире для производства гетероструктур для различных типов СВЧ транзисторов. В МЛЭ дает возможность с высокой точностью контролировать основные параметры гетероструктур – толщину слоев и концентрацию носителей заряда и обеспечивать создание резких (моноатомно гладких) гетерограниц.

Fig. 1а. Concentration of two-dimensional electros In AIGaAs/lnGaAs/GaAs heterostructure channel

В данной работе представлены результаты работы в ИФП СО РАН по развитию МЛЭ технологии гетероструктур для мощных СВЧ транзисторов и интегральных схем на основе материалов типа А3В5, включая широкозонные нитриды элементов третьей группы.

Puc. 16. Подвижность двумерных электронов в канале AIGaAs/lnGaAs/GaAs гетероструктуры.

Мощные СВЧ транзисторы и монолитные интегральных схемы широко используются при разработке новейших видов СВЧ техники, применяемой в системах радиолокации и связи, спутникового и кабельного телевидения. В большинстве этих систем в настоящее время используются усилители мощности на основе вакуумных ламп. Однако перспективы разработки следующего поколения СВЧ техники связаны с прогрессом в развитии твердотельных усилителей мощности на основе широкозонных полупроводников, которые более эффективны, компактны, надежны и дешевы в изготовлении. Кроме того, твердотельные усилители мощности открывают новые возможности по созданию широко востребованных СВЧ устройств по контролю работы двигателей, контролю движения летательных аппаратах, устройств предупреждения столкновений автомобилей и многих других.

II.                              Основная часть

в ИФП со РАН проведена оптимизация технологических условий выращивания методом МЛЭ гете- роэпитаксиальных GaAs структур с сильно легированным каналом без слоя псевдоизолятора AIGaAs (аналог структур типа САГ-МК) и со слоем псевдоизолятора AIGaAs под затвором, необходимых для изготовления мощных полевых транзисторов СВЧ диапазона. Основное внимание уделено разработке структуры и технологии роста буферного слоя. Высокое качество и процент выхода годных транзисторов достигнут при использовании сложного буферного слоя, содержащего короткопериодные AlAs/GaAs сверхрешетки. Разработаны и утверждены ТУ на два этих типа гетероструктур. На основе этих гетероструктур ОАО «Октава» разработало ряд широкополосных усилителей мощности на диапазон 1-18 ГГц и узкополосные усилители мощности Х-диапазона.

Fig. 1b. Mobility of two-dimensional electros In AIGaAs/lnGaAs/GaAs heterostructure channel

Для дальнейшего повышения выходной мощности и коэффициента усиления СВЧ транзисторов проводится разработка и оптимизация структуры и технологии роста псефдоморфных AIGaAs/lnGaAs/GaAs гетероструктур для мощных СВЧ транзисторов типа РНЕМТ. На рисунках 1а и б приведены распределения концентрации и подвижности электронов в InGaAs канале, измеренные бесконтактным методом на фирме Lehighton Electronic, Inc. (США).

Представленные данные показывают, что выращиваемые гетерострукгуры имеют высокие электрические параметры по всей площади структуры.

Наши исследования показали, что наилучшие параметры мощных СВЧ транзисторов получаются при использование гетерострукгур с легированным InGaAs каналом. В структурах с дельта-легиро- ванием AIGaAs барьера пробивные напряжения транзисторов существенно меньше. Изготовленные СВЧ транзисторы с параметрами, сравнимыми с лучшими зарубежными образцами: малосигнальный коэффициент усиления Ку = 7,2 дБ, удельная насыщенная выходная мощность около Руд = 1 Вт/мм на частоте 18 ГГц (при напряжениях на стоке равном

7,5   В) и КПД равный 60 %.

III. Заключение

в работе представлены результаты развития технологии молекулярно-лучевой эпитаксии, позво

Рис. 2. Зависимость удельной выходной СВЧ мощности нитрид галлиевых транзисторов от подвижности электронов в канале GaN/AIGaN гетероструктур.

Fig. 2. Output power density of gallium-nitride transistors \/s electron mobility in GaN/AIGaN heterostructures channel

Дальнейшее кардинальное повышение мощности СВЧ транзисторов связано с развитием технологии роста нитридов металлов третьей группы. Нитрид гал- лиевые гетероструктуры позволяют получать более высокую проводимость канала и большую напряженность пробойного поля при меньшей чувствительности к температуре и радиации, чем в используемых в настоящее время структурах на основе классических соединениях типа А3В5. В ИФП СО РАН методом МЛЭ из аммиака на подложках сапфира получены GaN/AIGaN гетероструктуры с двумерным электронным газом с плотностью электронов П2о=1,8х10’’®см’^и подвижностью электронов μ=870 см^/(Вс). На основе экспериментальных образцов гетероструктур созданы образцы СВЧ транзисторов с максимальной удельной крутизной 220 мСм/мм; пробивным напряжением затвор-сток 78 В и удельной выходной мощностью 670 мВт/мм на частоте 12 ГГц. В работе анализируется полученные в России и за рубежом результаты (см. рис.2) и обсуждаются направления работы по созданию гетероструктур для СВЧ транзисторов с высокими характеристиками.

лившие получать мощные арсенид галлиевые СВЧ транзисторы с параметрами, сравнимыми с параметрами лучших зарубежных транзисторов. Приведены данные по разработке GaN/AIGaN гетероструктур с двумерным электронным газом для мощных транзисторов и проведен анализ путей улучшения качества этих гетероструктур.

MOLECULAR BEAM EPITAXY OF HETEROSTRUCTURES ON THE BASIS OF lll-V MATERIALS FOR UHF TRANSISTORS

Zhuravlev K. S., ToropovA. I., Mansurov. V. G.

Institute for Semiconductor Physics SB RAS

13,            Lavrentiva av., Novosibirsk, 630090, Russia

Ph.: 383-3304475, e-mail: zhur@thermo.isp.nsc.ru

Abstract – Described is MBE technology, whose essence is the growth of heterostructures for UHF transistors including nitride technology. We demonstrate that buffer layer optimization allows improving GaAs FETs parameters. Procedures of Al- GaAs/lnGaAs/GaAs heterostructures growth for PHEMT, as well as the heterostructures themselves, have been also optimized. Presented in this paper is the data on MBE technology development, especially as regards GaN/AIGaN heterostructures with two-dimensional electronic gas for HEMT.

I.                                         Introduction

MBE technology is widely used in development and production of heterostructures for high frequency high power transistors and integrated circuits. Solid-state power amplifiers are intended to replace vacuum tubes used now in vast majority of high power devices operating at centimeter- and millimeter-wave frequencies, because they are smaller, cheaper and more reliable.

Presented in this paper is the experience of Semiconductor Physics Institute SB RAN regarding the development of MBE technology for power microwave transistors and ICs.

II.                                        Main Part

Optimization of buffer layer structure and its growth conditions enhances performance and the yield of GaAs heterostructures for FETs. These FETs were used by public corporation «Octava» for creation of broad-band power amplifiers at 1- 18 GHz range.

Further increase of output power was achieved with development of MBE technology of AIGaAs/lnGaAs/GaAs structures for PHEMT. We have found that the voltage of gate-drain electric breakdown is much higher for PHEMT realized using structures with doped InGaAs channel.

A gallium nitride MBE technology with ammonia as the source of active nitrogen is also developing. GaN/AIGaN heterostructures with two-dimensional electronic gas having an electron concentration Пго=1,8×10^^ cm’^ and electron mobility μ=870 cm^/(Vsec) have been grown and used for HEMT making. Specific transconductance of 220 mSm/mm, gate-drain breakdown voltage of 78 V, and output power density of 670 mW/mm characterize the HEMTs.

III.                                       Conclusion

Gallium arsenide MBE technology in Russia can make for development of microwave industry.

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