Многомезовые лавинно-пролетные диоды миллиметрового диапазона с повышенным уровнем выходной мощности СВЧ

• Автор: Ташилов, Аслан Султанович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

ТЕПЛОВЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ УРОВНЯ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ ГЕНЕРАТОРНЫХ СВЧ ДИОДОВ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

1.1. Введение

1.2. Проблема тепловых ограничений мощности

1.3. ЛПД с алмазным теплоотводом

1.4. Структуры с развитой периферией

1.5. Влияние структурных параметров материала на технические 35 характеристики приборов

ГЛАВА II. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

ОТВОДА ТЕПЛА МОЩНЫХ СВЧ МЕЗАДИОДОВ

2.1. Введение

2.2. Минимизация высоты мезакристалла

2.3. Двухмезовый ЛПД 4 мм диапазона
2.4. Новые подходы в технологии изготовления ЛПД с развитой 50 периферией активной структуры
2.5. Реализация технологии многомезового ЛПД
ГЛАВА III. РЕНТГЕНОДИФРАКЦИОННЫЙ
КОНТРОЛЬЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ КРЕМНИЯ
3.1. Введение
3.2. Исходное рентгенодифрактометрическое изучение пленок 72 кремния
3.3. Рентгенотопографическое исследование пленок и пластин 80 кремния
3.4. Исследование пленок кремния методом трехкристальной
рентгеновской дифрактометрии
3.5. Связь структурных параметров с процентом выхода и качеством многомезовых кремниевых ЛПД миллиметрового диапазона
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЛИТЕРАТУРА
Актуальность.
Расширение сфер применения генераторов миллиметрового диапазона в различных радарных, коммуникационных и радиометрических системах связано с возможностью увеличения их выходной мощности [1]. На сегодняшний день максимальные уровни выходной СВЧ мощности для твердотельных генераторов миллиметрового диапазона реализуются с помощью лавиннопролетных диодов (ЛПД) на алмазном теплоотводе [2]. Однако, достигаемые при этом уровни выходной мощности при рабочей температуре перегрева р-п перехода значительно ниже уровня достигаемого при предельных уровнях питания [3].
Диссертация направлена на решение фундаментальной проблемы существенного снижения уровня тепловых ограничений для твердотельных генераторных и усилительных приборов СВЧ миллиметрового диапазона. Известно, что для приборов этого класса, таких как лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна и другие, уровень выходной СВЧ мощности в миллиметровом диапазоне ограничен не электронными свойствами материала, структуры, а уровнем температуры перегрева активной области [3]. Приборы данного класса имеют относительно низкий КПД, не превышающий в лучших образцах 10-15%. Поэтому основная входная мощность преобразуется в тепловую энергию, вызывающую перегрев и тепловой пробой структуры. Тем более, что указанный класс приборов работает при самых высоких плотностях электрической мощности питания относительно других полупроводниковых приборов. Данная проблема усугубляется именно в миллиметровом диапазоне [4], что связано с уменьшением размеров активной структуры, а именно, площади активных переходов и, соответственно, увеличением плотности входной электрической мощности.
Отсюда следует фундаментальная конструкторско-технологическая проблема исполнения известного класса приборов, таких как ЛПД, диоды Ганна в том виде, который позволит при тех же рабочих электрических нагрузках получить меньшую температуру перегрева активной структуры, либо при допустиИспользование двухмезовой конструкции с разнесенными на максимальное расстояние мезаструктурами позволило реально снизить Кг на величину, сопоставимую с результатами, достигаемыми при использовании алмазного теплоотвода в одномезовой конструкции. Однако, дальнейшее снижение Яг по закону
Ят~-1=, где N - число мезаструктур в многоэлементном диоде, потребовало
л/Л^
поиска принципиально новых конструктивно-технологических решений. Эти решения, как будет показано ниже, позволили преодолеть проблемы при попытках реализовать многоэлементные ЛПД мм диапазона в рамках технологии "перевернутого монтажа" [43,75-78].
Остановимся на этих принципиальных проблемах.
2.4. Новые подходы в технологии изготовления ЛПД с развитой периферией активной структуры
Все используемые на сегодняшний день варианты технологии "перевернутого монтажа", открытой непассивированной мезаструктуры, предполагают получение рабочих размеров активной структуры и емкости диода уже после сборки мезакристалла на держатель-теплоотвод и формирования жесткого вывода. При этом уже невозможно осуществить геометрию мезакристалла с сильно развитой периферией, так как единственно возможные в данной ситуации жидкостные методы дотравливания практически не контролируемы.
Для решения этой проблемы здесь предложено размеры и геометрию активной мезаструктуры задавать на исходной полупроводниковой пластине методами контактной фотолитографии. Учитывая современный уровень фотолитографии серийных приборов с разрешением в 0,13 мкм, такой путь позволяет получать мезаструктуры с поперечными размерами порядка единиц микрон. При этом реализуются максимально эффективные в смысле снижения Кт мезаструктуры с сильно развитой периферией: многомезовые, кольцевые, полоско-