Малошумящий полевой транзистор на основе гетероструктуры (Al, In)GaAs/GaAs

• Автор: Козловский, Эдуард Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ НА ваАз ДЛЯ СВЧ ЭЛЕКТРОНИКИ
1.1. История появления гетероструктур и основные направления их развития и применения
1.2. Основные конструкции гетероструктур, применяемые в СВЧ электронике
1.2.1. ОаАэ НЕМТ
1.2.2. ОаАэ рНЕМТ
1.2.3.1пР НЕМТ
1.2.4. ОаАэтНЕМТ
1.2.5. Основные прототипы конструкций НЕМТ
1.2.6. Основная номенклатура применений гетероструктур в сравнении с
другими технологиями
1.3. Методы диагностики гетероструктур
1.3.1. Метод дифракции быстрых электронов
1.3.2. Фотолюминесцентная спектроскопия
1.3.3. Измерение электрофизических параметров материалов. Метод эффекта Холла
1.3.4. Эллипсометрия
1.3.4.1. Основное уравнение эллипсометрии
1.3.4.2. Однослойная модель
1.4. Технология изготовления МИС СВЧ
1.4.1. Формирование омического контакта
1.4.2. Формирование изоляции
1.4.3. Формирование субмикронного затвора
1.4.4. Формирование углубления под затвор
1.5. Выводы. Постановка основных задач исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ В ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ рНЕМТ И СВЧ МИС НА ИХ ОСНОВЕ
2.1. Диагностика гетероструктур ОаАз/АЮаАэ/СаАз
2.2. Атомно-силовая микроскопия в технологии рНЕМТ
2.3. Исследование конструкции затворной области рНЕМТ транзистора
2.4. Диагностика диэлектрических пленок в технологии изготовления
СВЧ МИС
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОФИЛЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА ПО ГЛУБИНЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ (А1, Іп^аАз/ОаАз В ПРОЦЕССЕ ТРАВЛЕНИЯ
3.1. Профиль распределения тока по глубине структуры в процессе травления гетероструктуры (А1, ЬДОаАз/ОаАэ рНЕМТ
3.2. Влияние параметров ДЭГ на параметры транзистора рНЕМТ
3.3. Влияние операции углубления под затвор на параметры транзистора
рНЕМТ
ГЛАВА 4. МАРШРУТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАЛОШУМЯЩЕГО
рНЕМТ ТРАНЗИСТОРА
4.1. Особенности формирования омического контакта и межприборной изоляции для структур рНЕМТ
4.2. Особенности конструкции и технологии формирования затвора малошумящего транзистора рНЕМТ
4.3. Формирование разводки и минимизация паразитных емкостей в цепи
затвора
ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ МАЛОШУМЯЩЕГО рНЕМТ ТРАНЗИСТОРА И СВЧ МИС НА ЕГО ОСНОВЕ
5.1. Построение линейных и нелинейных моделей рНЕМТ транзистора
5.2. Практическая реализация результатов исследований по построению маршрута изготовления транзистора рНЕМТ и его линейных и нелинейных
моделей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Развитие современной твердотельной СВЧ электроники в значительной степени определяется успехами, достигнутыми в области материаловедения сложных полупроводниковых соединений и структур на их основе. При этом, несмотря на широкие лабораторные исследования, проводимые в этой области ведущими отечественными и зарубежными специалистами, наиболее широкое распространение и практическое применение в сфере серийного производства малошумящих приборов микро- и наноэлектроники, по-прежнему остается за арсенидом галлия и гетероструктурами (Al, In)GaAs/GaAs на его основе.. Транзисторы, изготавливаемые на таких структурах, и сами структуры, получили название НЕМТ, от английского High Electron Mobility Transistor, т.е. транзистор с высокой подвижностью электронов. Совершенствование технологий эпитаксиального роста и, в первую очередь, развитие молекулярно-лучевой эпитаксии, сделало возможным появление более сложных композиций гетероструктур: рНЕМТ (pseudomorphic - псевдоморфный) и тНЕМТ
(metamorphic - метаморфный).
Базовая технология изготовления малошумящих транзисторов на GaAs с учетом особенностей материалов и транспорта электронов в гетероструктурах (Al, In)GaAs/GaAs позволяет получать малошумящие транзисторы и СВЧ МИС на их основе со значительно лучшими характеристиками в широком частотном диапазоне, по сравнению с аналогичными приборами, изготовленными на гомоэпитаксиальных или ионно-легированных структурах GaAs. Использование рНЕМТ структур позволяет создавать малошумящие транзисторы с минимальным коэффициентом шума не более 0,4 дБ и 1,0 дБ на частотах 12 ГГц и 30 ГГц соответственно.
По сравнению с малошумящими приборами на GaAs, промышленная технология которых уже широко реализована, технология аналогичных приборов на НЕМТ и рНЕМТ структурах постоянно развивается и совершенствуется. Это

В номенклатуре изделий, реализуемых по кремниевой технологии, отсутствуют усилители мощности с частотой более 5 ГГц. Однако в этом направлении также ведутся разработки по созданию мощных GaN/AlGaN на подложке кремния.
СВЧ МИС находят широкое применение, как в составе устройств, ориентированных на оборонное направление (судовые радары, авиационные бортовые радары, ложные PJI-цели, головки самонаведения ракет и др.), так и в сфере гражданских задач [43, 44]. Причем следует отметить, что в России развитие СВЧ электроники определялось и определяется военными программами, тогда как общемировая картина свидетельствует о широком развитии именно гражданского сектора, который развивается параллельно решению военных целей, ориентируясь на свои собственные особенности и задачи.
Основная доля всех приборов гражданского назначения предназначена для диапазонов 0,8-1,9 ГГц - системы сотовой связи; 2,4 и 5-6 ГГц - беспроводные сети на базе стандарта IEEE 802.11 (WiFi); 1,5-11 и 2,3-13,6 ГГц - беспроводные сети на базе стандарта IEEE 802.11 (WiMAX).
Среди основных коммерческих областей применения СВЧ приборов в коротковолновом и миллиметровом диапазонах длин волн, прежде всего, следует отметить так называемые широкополосные системы беспроводных телекоммуникаций (сотовое телевидение) - LMDS/MVDS -американская/европейская системы, работающие в диапазонах 27-31 и 40,5-42,5 ГГц, соответственно.
Одним из знаковых этапов Российского телекоммуникационного рынка можно назвать принятые Государственной комиссией по радиочастотам решения от 15 июля 2010 года "Об упрощении процедуры выделения полос радиочастот 71-76 ГГц / 81-86 ГГц и 92-95 ГГц для использования радиорелейными станциями прямой видимости". Сходные упрощенные условия лицензирования на сегодняшний день действуют во многих странах мира. В США и странах Европы система регистрации частот миллиметровых диапазонов была значительно упрощена в 2003 и 2005 годах соответственно. Использование данных полос