НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАТВОРА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПАРАМЕТРЫ РНЕМТ

January 23, 2013 by admin Комментировать »

Козловский Э. Ю., Селезнёв Б. И., Штейнгарт А. П. ЗАО «НПП «Планета-Аргалл» г. Великий Новгород, Россия тел.: 8162-663484, e-mail: argall@novgorod.net

Аннотация – Исследована зависимость начального тока стока рНЕМТ от времени травления канавки под затвор (глубины травления структуры), а также построены зависимости удельной крутизны от напряжения затвор-исток для рНЕМТ с различным уровнем начального тока стока. Установлена связь между уровнем тока, оставляемым перед напылением затвора, удельной крутизной и глубиной затворной канавки исходя из особенностей и физики работы рНЕМТ. Также установлено влияние величины начального тока стока на СВЧ параметры транзистора. Таким образом, возможно достижение высоких СВЧ параметров прибора при оптимальном выборе начального тока стока исходя из слоевой конфигурации полупроводниковой структуры.

I.                                       Введение

Применение гетероструктур (структур переменного состава AIGaAs/GaAs и/или AIGaAs/lnGaAs) с селективным легированием вместо структур на GaAs позволяет достичь повышения СВЧ параметров полевых транзисторов с барьером Шоттки. Это является следствием реализации в такой структуре механизма локализации электронов в наноразмерном слое нелегированного полупроводника (т. н. двумерный электронный газ, ДЭГ). Такой характер проводимости приводит к существенному возрастанию подвижности электронов и их максимальной скорости, что благоприятно сказывается на работе транзистора в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн [1]. Уровень развития эпитаксиального наращивания в России позволяет получать гетероструктуры AIGaAs/lnGaAs с плотностью ДЭГ до 2-10^^см’^ (более 3-10^^см’^в случае «двусторонних» гетероструктур), которые могут служить исходным материалом для рНЕМТ (pseudomorphic high electron mobility transistor) с удельной плотностью тока стока -300 мА/мм.

В настоящей работе рассматривается конструк- тивно-технологический вопрос о выборе слоя в гетероструктуре для размещения электрода затвора с целью достижения лучших параметров малошумящих СВЧ полевых транзисторов на гетероструктурах.

II.                              Основная часть

Толщина канала рНЕМТ составляет несколько сотен ангстрем [1], что предъявляет более жесткие в сравнении с MESFET (толщина активной области порядка тысячи ангстрем) требования к процессу формирования углубления под затвор транзистора.

На рис.1. представлены зависимости удельной крутизны 8, одного из наиболее информативных низкочастотных параметров, от напряжения на затворе изи для MESFET и рНЕМТ. Транзисторы рНЕМТ № 1 и № 2 были реализованы на гетероэпитаксиаль- ной структуре отечественного производства.

Зависимость крутизны транзистора от напряжения на затворе для рНЕМТ имеет более резкий характер. Для профиля полевого транзистора с заглубленным затвором это означает, что разброс глубины затворной канавки, возникающий в процессе её формирования вследствие неоднородности травле

Рис. 1. Зависимость удельной крутизны от напряжения на затворе.

ния приводит к значительному разбросу начального тока стока 1снач и крутизны для рНЕМТ по сравнению с MESFET.

Fig. 1. Specific transconductance vs gate bias

Для pHEMT № 1, характеристика которого приведена на рис.1, максимум крутизны приходится на близкое к нулю напряжение на затворе, т. е. на ток стока, близкий к начальному. При этом пиковое значение крутизны значительно выше, чем для рНЕМТ № 2. Можно предположить, что начальный ток стока транзистора № 1 полностью формируется ДЭГ (вышележащие слои обеднены), тогда как для рНЕМТ № 2 при нулевом напряжении на затворе ток стока формируется как ДЭГ, так и необедненной частью слоя AIGaAs над ним.

Момент остановки травления при формировании затворной канавки определяется по величине начального тока стока транзисторной структуры на пластине. В качестве наиболее доступного технологического приёма формирования канавки выступает химическое травление, к существенным недостаткам которого относятся сравнительно низкая селективность и воспроизводимость процесса.

На рис.2 представлены зависимости начального тока стока от времени травления для пяти транзисторных структур на пластине. Травление осуществлялось в перекисно-аммиачном растворе, контроль токов проводился с использованием зондовой установки и прибора наблюдения характеристик транзистора.

Можно предположить, что пологий участок зависимости в диапазоне времён травления 8 н- 14 секунд, соответствует участку травления обедненного AIGaAs, а резкое падение токов до нуля связано с исчезновением наноразмерного слоя ДЭГ.

Основными параметрами малошумящих СВЧ полевых транзисторов являются коэффициент шума Кш и коэффициент усиления Кур в диапазоне рабочих частот (4 н- 60 ГГц). Наилучшее соотношение этих коэффициентов для малошумящих СВЧ полевых транзисторов наблюдается при измерении их в рабочем

режиме с током стока, соответствующим 20-30 % от начального [2] или при напряжении на затворе, составляющем -75 % от напряжения отсечки. Как видно из рис.1, рНЕМТ № 1 имеет при этом крутизну в два раза меньшую, чем рНЕМТ № 2.

Рис. 2. Зависимости начального тока стока от времени травления образца.

Fig. 2. Saturated drain current vs etching time

Учитывая TOT факт, что крутизна существенным образом зависит от подвижности электронов в активном слое транзистора и принимая во внимание приведенные профили травления, можно подтвердить предположение, что у транзистора рНЕМТ № 1 затвор расположен на обеднённом слое AIGaAs (пологий участок зависимости на рис.2), тогда как у рНЕМТ № 2 затвор лежит в области AIGaAs, более близкой к контактному слою GaAs.

Сравнение СВЧ параметров рНЕМТ (рис.З) также свидетельствует в пользу транзистора с большим током (коэффициентом QF на рис.З обозначено отношение Кур/Кш, пунктиром на графике обозначена полоса, содержащая 95 % экспериментальных точек). Это является следствием того, что в рабочем режиме активный слой рНЕМТ № 1 представляет собой существенно обедненный слой ДЭГ (его эффективная плотность при этом ниже максимально возможной для данной структуры). В рНЕМТ № 2 активный слой реализуется в необедненном (слабообедненном) слое ДЭГ со сравнительно высокой плотностью, что должно положительно сказываться на динамических свойствах прибора.

Puc. 3. Зависимость коэффициента QF от удельного начального тока стока 1снач·

В ходе работы реализованы транзисторы с длиной затвора 0.25^0.30 мкм на отечественных гетероструктурах. Приборы характеризуются начальным током стока 150 ^ 300 мА/мм, максимальной крутизной до 400 мСм/мм и более высокими по сравнению с MESFET СВЧ параметрами.

Выяснено, что размещение электрода затвора в различных слоях гетероструктуры оказывает существенное влияние на статические, низкочастотные и СВЧ характеристики рНЕМТ.

Отметим, что транзистор с максимумом крутизны при начальном токе стока (рНЕМТ №1) может использоваться для исследования свойств ДЭГ в контексте конкретной технологии изготовления транзисторов; в нем отсутствует шунтирование канала проводящими слоями, вносящее ошибку в результаты измерений.

IV.                           Список литературы

[1] Устинов В. М. и др. Модулировано-легированные гетероструктуры для малошумящих СВЧ-транзисторов, созданные методом молекулярно-пучковой эпитаксии. – Микроэлектроника, т. 23, вып. 4, с. 13-18, 1994.

[2] Селезнев Б. И. СВЧ полевые транзисторы на арсениде галлия. Исследования, технология, параметры. – Петербургская электроника, вып. 3 (44), с. 4-12, 2005.

PECULIARITIES OF GATE DESIGN AND INFLUENCE ON PHEMT CHARACTERISTICS

Koslovsky E. Y, Seleznev B. I., Schteingart A. P.

CO «R&P «Planeta-Argall»

Novgorod the Great, Russia Ph.: 8162-663484, e-mail: argall@novgorod.net

/\bsiraci – Dependence of pHEMT drain current on gate recession (etching depth of heteroepitaxial structure) is investigated. Also the dependence of specific transconductance on gate bias for pHEMTs with various initial drain current are presented. Relation between the level of drain current left before gate evaporation, transconductance and gate recession proceeding from features and physics of pHEMT is established. The influence of initial drain current magnitude on transistor microwave parameters is established. Thus, achievement of high microwave parameters of the device is possible provided the optimal choice of initial drain current proceeding from layer configuration of semiconductor structure.

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