Автореферат (Разработка конструкторско-технологических методов и средств повышения надёжности смесителей радиосигналов на основе резонансно-туннельных диодов), страница 2

Комплекс методик технической диагностики РТД, позволяющий оценить качествоих изготовления, включает в себя методику диагностики качества наноразмерныхAlAs/GaAs РТГС на основе ИК-СЭ и методику оценки изменения ВАХ РТД поддействием деградационных процессов в его структуре;4. Методика прогнозирования надежности смесителей радиосигналов на основе РТД,которая включает в себя моделирование деградационных процессов в РТД, его ВАХ ивыходных электрических характеристик смесителя радиосигналов на основе РТД;5.

Конструкторско-технологические методы и средства повышения надежностисмесителей радиосигналов на основе AlAs/GaAs резонансно-туннельных диодов: Алгоритм выбора режимов технологической операции МЛЭ на базе методикидиагностики качества наноразмерных AlAs/GaAs резонансно-туннельныхгетероструктур на основе ИК-спектральной эллипсометрии; Алгоритм выбора вариантов исполнения омических контактов смесительных РТДна базе методики оценки изменения ВАХ РТД под действием деградационныхпроцессов в его структуре; Технологическая операция контроля качества изготовления наноразмерныхAlAs/GaAs резонансно-туннельных гетероструктур на основе ИК-СЭ; Технологическая операция селекции смесительных AlAs/GaAs РТД; Рекомендации по изменению параметров конструкции наноразмерной AlAs/GaAsРТГС для повышения надёжности смесителей радиосигналов на основе РТД.3Методы исследования.

В работе использовались фундаментальные положениятехнологии приборостроения, технологии радиотехнических средств, физических основмикроэлектроники, физики твёрдого тела. Экспериментальные исследованияпроводились по специально разработанным методикам с использованиемИК-спектрального эллипсометра, микрозондового стенда, измерительного СВЧ-стенда идр. спец.

оборудования.Достоверность и обоснованность научных положений и выводов,представленных в диссертационной работе автором, подтверждена результатамиэкспериментальных исследований деградационных процессов в наноразмерныхAlAs/GaAs РТГС методом ИК-СЭ, измерений СВЧ-параметров СмР и ВАХ РТД,применением методов Цу-Есаки и матриц переноса для расчета ВАХ РТД, методовгармонического баланса и рядов Вольтера для моделирования параметров СмР, а такжепрактическим использованием полученных результатов в производственных условиях.Личный вклад автора.

Все результаты диссертационной работы получены личноавтором или при его непосредственном участии в результате проведенияэкспериментальных и расчетных работ. Во всех необходимых случаях заимствованиячужих результатов в диссертации приведены ссылки на литературные источники.Реализация и внедрение результатов работы. Внедрение и промышленнаяапробация результатов работы осуществлялась на ФГУП ЦНИРТИ им. академикаА.И.

Берга г. Москва, а также в НИИ РЛ и УИЦ НТ НМСТ МГТУ им. Н.Э. Баумана, чтоподтверждено актами о внедрении.Апробация результатов работы. Вошедшие в диссертацию результатыдокладывались и обсуждались на 11 международных и всероссийских конференциях,симпозиумах и форумах.Публикации. Основное содержание работы отражено в 14 публикациях, из них вжурналах из перечня ВАК РФ – 8.Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов,списка используемой литературы и приложений. Содержит 241 страницу, в том числе155 иллюстраций и 8 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении сформулирована цель и задачи работы, показана ее актуальность,сформулирована научная новизна и практическая значимость полученных результатов.Указаны состав и структура диссертационной работы.Глава 1.

Проблемы обеспечения надежности при производстве смесителейрадиосигналов на основе резонансно-туннельных диодовВ первой части главы рассмотрена перспективность применения РТД внелинейных преобразователях радиосигналов.К основным характеристикам смесителя радиосигналов относятся: потерипреобразования (L), коэффициент стоячей волны, точка 1 дБ компрессии (P1), точкапересечения продуктов интермодуляции 3-го порядка (IP3), коэффициент шума. Уровеньи количество интермодуляционных составляющих во многом зависят от формы ВАХэлемента, на основе которого выполнен СмР.

Отмечено, что существующие СмРтрадиционно построены на основе диода с барьером Шоттки (ДБШ), которые имеютэкспоненциальную форму ВАХ.Одним из путей улучшения качества СмР является применение в качественелинейного элемента РТД на базе наноразмерных AlAs/GaAs РТГС. Изменяя параметрыслоёв гетероструктуры (толщину, химический состав), можно управлять формой ВАХ исоздавать диод с оптимальной для конкретного вида нелинейного преобразования4формой ВАХ.

Малое время туннелирования электронов (~ 1·10-14 с) обеспечиваетпредельно высокое быстродействие диода и подавление дробовых шумов. Реализацияболее пологой ВАХ РТД по сравнению с экспоненциальной ВАХ ДБШ способствуетуменьшению амплитуд паразитных составляющих в спектре выходного сигналасмесителя. Это позволяет снизить уровень искажений сигналов, уменьшить влияниепобочных каналов приема и уровень преобразованных шумов.Таким образом, применение в качестве нелинейного элемента РТД с поперечнымтокопереносом на базе наноразмерных AlAs/GaAs РТГС перспективно.

В данной областиизвестны работы, проводимые Шашуриным В.Д., Ивановым Ю.А., Малышевым К.В.,Мешковым С.А., Федорковой Н.В., Хныкиной С.В., Ветровой Н.А., Георгиевским А.М.,Громовым Д.В., Алкеевым Н.В., Esaki L. (Япония), Tsu R. (Япония), Сhang С.А.(Япония), Brown E.R. (США), Parker C.D.

(США) и рядом других авторов.Во второй части главы проведен анализ конструкций микро- и наноэлектронныхдиодных смесителей СВЧ-радиосигналов и технологий их производства. В настоящеевремя конструктивно данные СмР реализуются в виде гибридной или монолитнойинтегральной схемы. Их конструкция включает в себя подложку, на которой реализуетсяинтегральная схема, расположенные на ней пассивные элементы и, собственно, РТД.Форма ВАХ РТД определяется главным образом условиями токопереноса в РТС,сопротивлением приконтактной области полупроводника Rn-n+, сопротивлением RС ОК.Выращивание наноразмерной AlAs/GaAs РТГС с заданной формой ВАХ под конкретныйтип преобразователя радиосигналов реализуется на основе технологии МЛЭ притемпературе от 600 до 650 °С, низкотемпературной МЛЭ (НТ-МЛЭ) при температуре от150 до 400 °С, либо газофазной эпитаксии (ГФЭ).

Технологический процессизготовления AuGeNi ОК состоит из следующих этапов: последовательное нанесениеслоев Au-Ge, Ni и Au, последующий отжиг структуры. Затем проводится изготовлениепассивных элементов (микрополосков, сосредоточенных элементов и т.д.),формирование контактов, реализация межсоединений, корпусирование и т.д.Третья часть главы посвящена проблеме достижения заданной надежности СмР наоснове РТД.

Исследования, проведённые в МГТУ им. Н.Э. Баумана, показали, чтоопределяющим узлом с точки зрения надежности смесителя является РТД [ШашуринВ.Д., Хныкина С.В., Ветрова Н.А.]. Установлено, что доля отказов пассивных элементовСмР мала, а доминируют постепенные отказы РТД. В соответствии со структурой РТДпостепенные отказы происходят в результате деградационных явлений, обусловленныхдиффузионным размытием, в AlAs/GaAs РТС, приконтактных слоях и ОК.Интенсивность отказов зависит от параметров резонансно-туннельных гетероструктур,технологии ее изготовления и от конструкции и технологии изготовления омическихконтактов.

При этом анализ литературных данных по коэффициентам диффузии (D) Al иSi в GaAs показал, что они существенно отличаются друг от друга как энергиейактивации диффузии Ea (3,50 … 4,98 эВ), так и предэкспоненциальным множителем D0(1,7·10-1 … 5,2·105 см2/с) [Tan T.Y., Yu S., Bracht H., Wee S.F., Wang L., Murray J.J., Mei P.и др.]. Эти коэффициенты диффузии относятся к РТГС, выращенным методом МЛЭ притемпературах от 600 до 650 °С. Данных о количественных характеристиках термическойстойкости AuGeNi омических контактов в литературе найти не удалось.В данных условиях актуальной представляется задача исследованиязакономерностей формирования отказов СмР на основе РТД.

Она включаеттеоретические исследования влияния на выходные электрические параметры СмРдеградационных явлений в РТС, приконтактных областях и ОК, а такжеэкспериментальные исследования деградации показателей назначения СмР на основе5РТД с использованием методов ИК-СЭ и ускоренного старения полупроводниковыхустройств. Проведение данных исследований позволит разработать методикупрогнозирования надежности СмР на основе РТД и осуществить выбор конструкторскотехнологических методов повышения надежности СмР на основе AlAs/GaAs РТД.Глава 2. Теоретические исследования влияния деградационных явлений вструктуре РТД и погрешностей его изготовления на выходные электрическиепараметры смесителя радиосигналовВ первой части главы проведено исследование влияния диффузионных процессов внаноразмерных AlAs/GaAs РТГС и контактного сопротивления AuGeNi омическихконтактов на ВАХ РТД и выходные электрические параметры СмР.Основным механизмом диффузии Al и Si в GaAs является диффузия по вакансиямгаллия VGa.