Разработка технологического метода повышения эксплуатационных показателей нелинейных преобразователей спектра радиосигналов путем применения AlGaAs гетероструктур

• Автор: Малышев, Константин Васильевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил.

Оглавление

Актуальность работы

Цель и задачи работы.

Научная новизна работы.

Практическая ценность работы.

Основные положения, представляемые к защите

1. Технологические методы нанесения пленок для изготовления квантоворазмерных гетероструктур .

1.1. Термическое и электронно лучевое испарение.

1.2. Химическое осаждение из паровой фазы.

1.3. Лазерная эпитаксия.

1.4. Жидкофазная эпитаксия.

1.5. Ионно плазменные методы, включая магнетронное напыление
1.6. Плазмохимическое осаждение.
1.7. Молекулярно лучевая эпитаксия МЛЭ
1.7.1. Легирование при МЛЭ
1.7.2. МЛЭ плазменные методы
2. Тенденции развития РЭС с применением квантоворазмерных гетероструктур
2.1. Обзор физико технологических аспектов применения
квантоворазмерных гетероструктур для РЭС
2.1.1. Квантоворазмерные приборы и их микроэлектронные
прообразы.
2.1.2. Одноэлектронный транзистор ОЭТ.
2.1.3. Квантовые нити, квантовые точки и клеточные автоматы.
2.1.4. Связь резонансной и кулоновской энергии с видом ВАХ
2.1.5. Резонансно туннельные диоды РТД и резонансно
туннельные транзисторы РТТ.
2.1.6. Проблемы технологии квантоворазмерных электронных
приборов.
2.1.7. Молекулярная электроника.
2.1.8. Эквивалентная схема РТД
2.1.9. Расчеты ВАХ квантоворазмерных электронных приборов
2.2. Обзор физико технологических аспектов шумов в квантоворазмерных
гетероструктурах
2.2.1. Фликкер шум
2.2.2. Дробовой и тепловой шумы.
2.2.3. Квантовый шум
2.2.4. Низкочастотный шум в РТД.
2.2.5. Дробовой шум в гетероструктурах
3. Связь параметров АЮаАя квантоворазмерной гетероструктуры со
степенью ее ВАХ
3.1. Математическое моделирование токопереноса в квантоворазмерных
гетероструктурах
3.2. Расчет вероятности прохождения ДБ электрона поперек
квантоворазмерных слоев.
3.3. Результаты расчетов прозрачности 7Щ в зависимости от напряжения и
параметров слоев РТД
3.3.1. Зависимости положения Ео, ширины Г и амплитуды Г резонансного пика прозрачности от напряжения и на РТД.
3.3.2. Зависимости положения Ео , ширины Г и амплитуды Г
резонансного пика прозрачности от высот Уьь УЬ2 туннельных барьеров
3.3.3. Зависимости положения Ео , ширины Г и амплитуды пика прозрачности от толщин Ыы, Ыю туннельных барьеров
3.3.4. Зависимости положения Ео и ширины Г резонансного пика прозрачности Ъ от ширины и уровня дна Уу ямы
3.3.5. Зависимости положения Е0 и ширины Г резонансного пика прозрачности 7, от ширины Ыуу ямы и высоты Уь барьеров
3.4. Аналитическая формула ВАХ квантоворазмерных гетероструктур для диодов
3.4.1. Диапазон форм ВАХ
3.4.2. Формула экспоненциальной ВАХ ДБШ.
3.4.3. Максимальная плотность тока
3.4.4. Сопротивление контакта между атомами.
Численное моделирование спектров смесителей по заданной ВАХ диода
в
4.1. Методика расчетов спектров.
4.2. Эталонные спектры и погрешности расчетов.
4.3. Квадратичная и кубичная спектральные линии
4.4. Преимущества РТД над ДБШ в спектральной области
4.5. Влияние сопротивления на спектры.
4.6. Диапазон возможных спектров смесителей на РТД
Метод молекулярно лучевой эпитаксии МЛЭ изготовления I квантоворазмерных гетероструктур с заданной степенью ВАХ
5.1. Эффузионные ячейки.
5.2. Контроль по отражательной дифракции быстрых электронов ДБЭ или
5.3. Измерение потока ионизационной лампой
5.4. Счет монослоев по колебаниям интенсивности на экране ДБЭ
5.5. Колебания интенсивности отраженного света
5.6. Поведение частиц при эпитаксиальном росте xix.
5.7. Технология производства гетероструктур для диодов с
заданной степенью ВАХ
5.8. Технологические диаграммы параметров слоев
квантоворазмерных гетероструктур для диодов
5.9. Проверка результатов работы на опытных образцах диодов и
смесителей.
6. Выводы и заключение
Список литературы


Хлорид гидридными методами на больших подложках с диаметром до мм выращивают со скоростями от 0,1 до 1 мкммин эпитаксиальные слои 1 на подложках сапфира и карбида кремния i, эпитаксиальные слои , слои с рппереходом, твердые растворы на i подложках, как описано в работе 8. При этом металлы М третьей группы чаще всего берут в виде хлоридов МС1з, а элементы В пятой группы в виде гидридов ВН5. Широко применяемым вариантом метода химического осаждения из паровой фазы является его вариант с использованием металлоорганики РГФ МОС. Здесь идет эпитаксиальный рост на нагретой подложке при термическом разложении пиролизе металлорганических соединений. Давление в реакторе атмосферное или пониженное до . Этим методом сейчас выращивают в промышленных масштабах большинство соединений А3В5, А2В, А4В4. СНОа А8Н3 ОаАэ ЗСН4. Для нагрева подложки применяют ВЧ генератор на частоте около 1 МГц с обмоткой вокруг кварцевого реактора. Эти ВЧ колебания нагревают только графитовый подложкодержатель вместе с подложкой. Благодаря этому стенки реактора остаются холодными, и на них пленка не растет. Подробное описание технологического процесса приведено в работе 9. К недостаткам метода относят высокую токсичность исходных соединений арсина и сложность химических процессов на поверхности подложки, препятствующую построению моделей, необходимых для выращивания слоев с нужными свойствами. Здесь же описано применение лазерного испарения твердой мишени в качестве источника легирующей примеси вместо традиционного добавления газообразных соединений. Пятно диаметром 2 мм от луча импульсного длительность не с максимальной энергией 0,3 Дж твердотельного УАвгМ лазера длина волны 1 мкм сканирует по поверхности мишени, направленной вдоль потока газа носителя, и испаряет с нее частицы мишени благодаря высокой плотности мощности излучения 9 Втсм2. Для п легирования ваАэ слоя применяют мишени из теллура Те, кремния Б1 и олова Бп, а для р легирования мишени из бериллия Ве и цинка Таким образом комбинируют газофазную эпитаксию с лазерной. Основным недостатком метода химического осаждения из паровой фазы по сравнению с молекулярно лучевой эпитаксией МЛЭ являются высокие рабочие температуры около С, что почти вдвое больше рабочих температур МЛЭ около 0 С. В этом методе твердая мишень распыляется сканирующим импульсным лазерным лучом Рис. Управляющими параметрами процесса являются плотность мощности лазерного излучения, длительность и частота повторения импульсов, температура подложки и расстояние от мишени до подложки. Таким способом были напылены пленки СМпТе, СЛТе, РЬСБе, РЬБе. Даже при умеренно высокой плотности мощности лазерного излучения порядка 5 Втсм2 область мишени под лучом расплавляется, образуется кратер с температурой порядка С, в котором давление испаряемого вещества достигает 3 . В работе описано получение гетероструктур ртуть, кадмий, теллур распространенная абревиатура РКТ на i подложках с помощью распыления мишени модулированным инфракрасным излучением с энергией фотонов 0,1 эВ. Температура подложки не превышала 0 С. Плотность мощности излучения менялась в диапазоне от 4 до 5 Втсм2, а частота его модуляции от до 0 Гц. В качестве мишени применялись либо ixx монокристаллы заданного состава, либо таблетки, полученные холодным прессованием измельченного материала. Максимальная скорость роста достигалась во время прохождения лазерных импульсов и составляла нмс, а средняя скорость роста на порядок меньше 2 нмс. Если отключить сканирование и распыление производить из одной точки, то образуется кратер и в растущей пленке появляются сферические каплеобразные вкрапления, делающие пленку матовой. Эти капли возникают изза разогрева стенок кратера потоком выходящего пара, который затем начинает выносить и расплав со стенок. Независимо от температуры подложки структура растущей пленки получалась поликристаллической с колоннообразными кристаллитами. По этой причине подвижность электронов проводимости в этих пленках оказалась около 3 см2Вс, что на порядок ниже подвижности в аналогичных пленках, полученных методом молекулярно лучевой эпитаксии. В работе описано аналогичное получение гетероструктур РЬТе на подложках КС1 и КВг при температуре 0 С.