Речь (Мощный СВЧ транзистор с барьером Шоттки на GaN, с затвором, сформированным с помощью электронной литографии)

Речь.

В последние годы интенсифицировались исследования широкозонных полупроводников (карбида кремния, нитрида галлия, алмаза, нитрида алюминия и др.) и приборов на их основе. Уникальные свойства этих и других полупроводниковых материалов (большая ширина запрещенной зоны, высокие значения подвижности носителей заряда и их скоростей насыщения, большие коэффициенты теплопроводности и др.) позволяют надеяться на создание на их основе приборов с рекордными значениями мощности, напряжения и тока.

Наиболее перспективным широкозонным материалом в настоящее время является нитрид галлия, имеющий ширину запрещееной зоны около 3,5 эВ, подвижность и скорость насыщения электронов – около 1250 см²/В·с и – 2,7*10⁷см/с соответственно, теплопроводность – 1,7 Вт/см·К. Интенсивные исследования в области разработок полевых транзисторов на основе GaN позволили создать промышленные образцы приборов с рекордными значениями мощности, которые предполагается использовать в современных системах связи.

Целью настоящей дипломной работы являлось изготовление лабораторных образцов полевых транзисторов с барьером Шоттки и затвором, изготовленным с помощю электронной литографии на основе гетеро структуры AlGaN/GaN, создающей ДЭГ, электроны которого имеют высокую подвижность.

На первом плакате представлена сравнительная характеристика полупроводниковых материалов. Из таблицы видно, что ввиду высокой подвижности, скорости насыщения электронов, широкой запрещенной зоны, приборы на GaN являются привлекательными для создания мощных СВЧ приборов нового поколения.

На втором плакате изображена зонная диаграмма. На границе AlGaN и GaN в результате пьезо-эффекта образуется ДЕГ слой с высокой подвижностью.

На третьем плакате показан разрез кристалла транзистора.

На четвертом плакате отображена схема изготовления затвора. Исходная пластина, первая фотолитография, нанесения ом-контакта Ti-Al-Pl, нанесения ом-контакта Ti-Au, формирование затвора электронной литографии, металлизация.

На пятом плакате изображены различные типы конструкций мощных транзисторов. Принципиальная конструкция транзистора, различные конструкции металлизации, и представлен транзистор фирмы «Toshiba» с airbrige (для уменьшения емкостей затвор-сток и затвор-исток ) и viahole (для уменьшения индуктивности истока).

На шестом рисунке представлены ВАХ и СВЧ параметры. Коэффициент усиления 14 дБ на частоте 10ГГц.

В процессе выполнения дипломной работа получены следующие основные результаты:

- произведен анализ литература по вопросам электрофизических параметров широкозонных полупроводников и особенностей полевых транзисторов на их основе;

- проведен анализ конструкций транзистора и выбран комплект фотошаблонов для его изготовления;

- проведен анализ технологического процесса изготовления транзистора на основе GaN, уточнены технологический маршрут и режимы основных технологических операций;

- формирование затвора транзистора методом электронной литографии;

- изготовлены кристаллы тестовых транзисторов с различной шириной канала;

- исследованы статические и динамические характеристики транзисторов.

Отмечается, что удельные значения тока насыщения (700 мА/мм) и мощности на частоте 10 ГГц (1,2 Вт/мм) получены на тестовом транзисторе с минимальной шириной канала (500 мкм). Это обстоятельство свидетельствует, о плохой теплопроводности материала.

Следовательно, дальнейшие исследования в области разработок GaN – ГПТШ должны быть направлены в первую очередь на усовершенствования эпитаксиальных слоёв AlGaN/GaN.

1