Мощный полевой транзистор на основе гетероструктуры (Al,Ga)N/GaN

• Автор: Александров, Сергей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.10, 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Введение

1.2. Особенности конструкции гетероструктур для мощных полевых

транзисторов на основе твердых растворов А1ОаМ

1.2.1. Катастрофическое уменьшение тока стока мощных полевых

транзисторов на основе гетероперехода А1,СаЫСаМ

,.2.2. Цшжшрш. гешрошрушуры с

ограничением

1.2.3. Основные выводы по пункту 1.2

1.3. Особенности эпитаксиального роста гетероструктур системы твердых
растворов А10аЫ
1.3.1. Особенности кристаллографического строения полупроводниковых материалов системы твердых растворов
А1Са1пИ
1.3.2. Подложки для эпитаксиального роста слоев
полупроводниковых соединений А
1.3.3. Основные методики эпитаксиального роста полупроводниковых слоев АШМ
1.3.3.1. Молекулярнолучевая эпитаксия МПЗ
1.3.3.2. Газофазная эпитаксия из металлорганических соединений МОСГФЭ
1.3.3.3. Начальные стадии эпитаксиального роста А1
1.3.4. Основные выводы по пункту 1.3
1.4. Технология формирования мощных полевых транзисторов на основе гетероструюуры АЮаЖЗаЫ
1.4.1. Элементы конструкции мощного полевого транзистора на основе гетероструктуры АЮаИСаИ
1.4.2. Формирование омических и барьерных контактов к
широкозонным полупроводниковым материалам группы АШМ
1.4.2.1. Омические контакты к полупроводниковым материалам А
1.4.2.2. Барьерыые контакты к А1
1.4.3. Плазмохимические технологии для материалов А1,1
1.4.3.1. Плазмохимическое травление межприборной изоляции
мощных полевых транзисторов па основе материалов группы АИИ
1.4.3.2. Методы жидкостного травления А
1.4.3.3. Плазмохимическое осаждение диэлектриков для пассивации мощных полевых транзисторов на основе А1, СаПСаП гетероструктуры
1.4.4. Основные выводы по пункту 1.
Глава 2. Аппаратурные и методические особенности технологии создания мощного полевого транзистора на основе гетероструктуры А1,СаРММ
2.1. Тестовый модуль для оценки электрофизических характеристик транзисторной гетероструктуры
2.1.1. Введение
2.1.2. Основные методы измерения параметров транзисторной гетероструктуры и элементов транзисторной топологии, использованные в тестовом модуле
2.1.2.1. Метод ВандерПау для определения параметров носителей в тонких эпитаксиальных слоях
2.1.2.2. Вольтфарадные измерения для определения профиля свободных носителей транзисторной гетероструктуры
2.1.2.3. Метод длинной линии для определения удельного сопротивления омических контактов
2.1.2.4. Тестовый транзистор для оценки удельных приборных параметров гетероструктуры
2.1.2.5. Прочие элементы тестового модуля для отработки и проведения технологических процессов
2.1.2.6. Сводная топология тестового модуля
2.2. Взрывная литография для создания омических и барьерных контактов к
транзисторной гетероструктуре
2.3. Описание технологических установок для полного цикла технологических процессов создания мощного полевого транзистора на основе гетерострукгуры А1,СаМСаЫ
2.3.1. Установка для электроннолучевого напыления материалов
2.3.2. Установка вжигания омических контактов
2.3.3. Установка плазмохимического травления
2.3.4. Другие технологические установки полного цикла 5 Глава 3. Гетероструктура на основе гетероперехода I, для мощного полевого транзистора.
3.1. Теоретическая оценка конструкции гетерострукгуры
3.1.1. Введение
3.1.2. Одинарные гетероструктуры ОГС
3.1.2.1. , структура с легированным , слоем
3.1.3.2. структура с нелегированным ,
3.1.3. Двойная гетероструктура ДГС
3.1.3.1. Стандартная ДГС
3.1.3.1. Двойная гетероструктура с I вставкой
3.1.3.2. Двойная гетероструктура с градиентным ,
лосем и I вставкой
3.1.4. Улучшенная транзисторная ДГС
3.1.5. Выводы по этапу моделирования зонных диаграмм
3.2. Исследование влияния параметров слоев на характеристики двойной
гетероструктуры.
3.3. Исследование приборных характеристик транзисторной
гетероструктуры
Глава 4. Технологические этапы создания топологии мощного полевого
транзистора на основе гетероструктуры А1,СаМваК
4.1. Исследование процесса формирования омических контактов стока и истока
4.2. Исследование плазмохимических процессов
4.3. Сводный маршрут изготовления элементов топологии полевого
транзистора
Глава 5. Мощный полевой транзистора на основе ДГС
А1олСао.9Са1ЧА1о.ззСао.б7
5.1. Мощные транзисторы и их применение
5.2. Основные принципы разработки мощных СВЧ усилителей на
транзисторах
5.3. Выбор конструкции тестового мощного транзистора для извлечения его
удельных параметров.
5.4. Технология изготовления транзистора для извлечения его удельных
параметров
5.5. Удельные параметры мощного полевого транзистора
Заключение
Список цитируемой литературы


Тем не менее, их преимущества перед транзисторами на основе мышьяковых соединений экспериментально надежно продемонстрированы. Главное отличие высокая плотность мощности, которая на порядок превышает максимальные значения, полученные на транзисторах на базе . Оценить предельные значения мощности приборов можно, сравнив пробойное напряжение затворсток и плотность канального тока полевых транзисторов обеих полупроводниковых систем. Так для нитридов пробойное напряжение составляет 0 В при плотности тока 11. Амм, что позволяет достичь рабочей плотности мощности приборов Втмм при КПД , что в несколько раз превышает значения для арсенидов. Другая важная особенность шггридных полевых транзисторов высокая термическая устойчивость. На сегодня продемонстрирована способность работы в непрерывном режиме при 00С , что позволит эксплуатировать мощные транзисторы без сложной системы водяного охлаждения. Наиболее важное применение мощных нитридных СВЧтранзисторов использование их в новых системах радиолокации на основе активных фазированных антенных решеток АФАР. Такие локаторы уже реализованы на базе мышьячных гетероструктурных транзисторов, но имеют недостаточную мощность и нуждаются в сложных системах охлаждения. По сравнению с обычными РЛС на основе клистронов, АФАР не требует высоковольтного питания, заметно меньше по весу, имеет лучшее разрешение и быстродействие. Все эти характеристики определяют перспективы АФАР, прежде всего как бортовых радиолокаторов истребителей и ракет земля воздух во вторую очередь как основа РЛС гражданской авиации и стационарных аэродромных локаторов. В заключение вводной части необходимо отметить, что технология гетероструктурных полевых транзисторов на основе системы ЛЮаИ в настоящее время имеет ряд проблем. Главными источниками технологических проблем являются особенность кристаллографии нитридных соединений и широкозонность материала. Однако, серьезные продвижения в области теоретического описания работы нитридного НЕМТ, а также развитие технологического оборудование, делают возможным переход технологии нитридных гетероструктурных транзисторов от лабораторного уровня к промышленному масштабу. Косвенным подтверждением грядущей нитридизации мирового рынка сверхвысокочастотных мощных транзисторов являются сообщения различных фирм о продаже опытных образцов приборов. Проблема резкого снижения тока стока 1с на мощного полевого транзистора на основе гетероструктуры А1хОа. ШЗаК при работе на высоких частотах входного сигнала 1 ГГц и выше в настоящее время наиболее актуальна , , . Подобный эффект наиболее выражен именно для мощных полевых транзисторов и носит название коллапс тока. Все предположения о природе и механизмах возникновения эффекта коллапса тока 1с обладают определенными недостатками, поэтому однозначного технологического решения проблемы к настоящему моменту не существует. Однако большая часть исследователей склонна рассматривать эффект как следствие кристаллографических особенностей соединений группы АГваЫ и в качестве основного метода борьбы с данным явлением видит определенную конструкцию гетероструктуры для мощного полевого транзистора на основе А,ИМ. Для дальнейшего объяснения особенностей конструкции гетероструктуры мощного полевого транзистора, являющегося целью данной работы, необходимо детально рассмотреть возможные механизмы возникновения коллапса тока стока 1с. Первоначальным предположением о механизмах эффекта коллапса тока был подход, предложенный авторами . В статье указывалось на саморазогрев носителей в канале мощного полевого транзистора при работе в усилительном тракте. Авторы опирались на тот факт, что мощный нитридный транзистор, выращенный на сапфировой подложке, при плотности тока стока 1с1 Амм и напряжении исн5 В может иметь температуру около 0 К, что является значительным для уменьшения подвижности носителей в канале. Явным опровержением подобного подхода был факт наличия коллапса тока на приборах при плотностях мощности 0. Втмм, что могло увеличить температуру в канале не более чем на градусов. Этого явно не достаточно для ощутимого влияния на электрофизические параметры прибора.