Диплом (1089200), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Значительные успехи в области производства монокристаллических пластин карбида кремния позволили нескольким фирмам освоить их мелкосерийное производство. В начале 90-х годов Фирма «Сгее» производит пластины SiC диаметром 35 мм с количеством микровыступов менее 1 на квадратный сантиметр. Планируется увеличить диаметр пластин до 75 [мм]. Однако, стоимость таких пластин все ещё достаточно высока - 1000 долларов за квадратный дюйм. Эти успехи в создании достаточно качественного материала как легированного, так и полуизолирующего определили значительный прогресс в разработке приборов. Были получены СВЧ MESFET с на с и достигнута удельная мощность с на на приборе с малой шириной затвора. Разработан p-i-n диод с , диод Шоттки с . Кроме того, разработан мощный MOSFET, а также тиристор с током 6 [А] и напряжением 700 [В] с рабочей температурой до 500 °С.

Увеличение мощности можно получить используя полупроводники такие как алмаз, карбид кремния и тринитриды (GaN). Были получены СВЧ MESFET с выходной мощностью 53 [Вт] на частоте 3 [ГГц] с . Разработан p-i-n диод с высоким пробивным напряжением, равным 5500 [В].

Пробивное напряжение транзистора изготовленного на алмазе выше 200 [В].

Основное их применение планировалось в высоковольтной и высокотемпературной технике. Однако, вследствие сложности получения монокристаллов и слоев этих материалов, не удавалось наладить серийное производство приборов на основе этих материалов.

В конце 90-х годов были достигнуты успехи в разработке приборов на нитриде галлия. Мощности MODFET приборов на GaN превосходят кремниевые примерно в 100 раз. Концентрация свободных носителей в области 2DEG достигает , дрейфовая скорость , подвижность порядка . Такие высокие электрофизические параметры достигаются за счет вклада носителей пьезоэффектом в двумерный электронный газ.

Таблица №1:

Электрофизические параметры и свойства широкозонных материалов.

Как показывает опыт производства кремниевых приборов, комплекс требований, предъявляемых к исходным материалам в производстве приборов, настолько обширен, что для удовлетворения этих требований необходимо постоянно совершенствовать и улучшать свойства исходных материалов и уменьшать их стоимость.

Каждый полупроводниковый материал имеет принципиальные ограничения в области рабочих температур. Эти ограничения связаны с шириной запрещенной зоны. Имеются и другие ограничения, связанные с точкой плавления припоя, термостойкостью нанесения слоев металлизации и т.д. Экспериментальные результаты подтверждают формулу . Собственная концентрация зависит от температуры и ширины запрещенной зоны.

В отличие от арсенида галлия другие широкозонные материалы, такие как алмаз, карбид кремния, тринитриды, в настоящее время являются гораздо менее отработанными и исследованными, поэтому требуют совершенствования технологии получения подложек и методов их обработки.

Уровень функциональных параметров СВЧ транзисторов во многом определяет ТТХ радиоэлектронных средств, поэтому разработчики тратили много усилий на увеличение рабочей частоты, выходной мощности транзисторов и снижения их шумов. Первыми транзисторами, способными усиливать сигнал на частотах порядка 1 ГГц, были биполярные плоскостные транзисторы на основе Gе, разработанные в конце 50-х годов. Вскоре после этого начались исследования транзисторов того же диапазона частот на основе Si и GaAs. Биполярный транзистор на основе Si стал доминирующим типом транзистора в СВЧ электронике. Технический уровень таких транзисторов характеризовался значениями минимального коэффициента шума, равными 1,3; 2,6 и 4,0 [дБ] на частотах 1, 2 и 4,0 [ГГц].

Значительные успехи были достигнуты в это время и в разработке полевых транзисторов на основе арсенида галлия (GaAs FЕТ). В 1966 году С. Меаd сообщил о разработке первого GaAs полевого транзистора со структурой металл-полупроводник (МЕSFЕТ или полевой транзистор с барьером Шоттки - ПТШ) и тем самым положил основание для «революции» в области ВЧ твердотельной электроники. Год спустя появились сообщения о разработке GaAs МЕSFЕТ с fmax, равным 3 [ГГц]. Были получены GaAs МЕSFЕТ с рекордным значением fmax, равным 30 [ГГц], а в 1973 году была достигнута величина f_max, равная 100 [ГГц]. Как малошумящие, так и мощные GaAs МЕSFЕТ становятся коммерчески доступными приборами и внедряются в военную аппаратуру.

Обнаруживается существование двухмерного электронного газа (2DEG) в эпитаксиальных гетероструктурах, состоящих из нелегированного GaAs и легированного n-примесью AlGaAs. Оба этих материала имели одинаковую постоянную решетки, что давало возможность получать согласованные по кристаллическим решеткам гетероструктуры. Измеренные значения электронной подвижности в 2DEG были намного выше, чем в объемном GaAs.

Разработчики приборов были заинтересованы в получении транзисторных структур, обладающих повышенной подвижностью электронов, в области двухмерного электронного газа. Основная идея создания таких структур возникла также в фирме «Ве11 Labs», специалисты которой присвоили своему прибору обозначение SDНТ (Селективно легированный гетероструктурный транзистор), тогда как фирма Fujitsu присвоила своему прибору аббревиатуру НЕМТ (транзистор с высокой подвижностью электронов). Вопрос о том, как называть этот новый класс приборов становился еще более неопределенным по мере того, как другие фирмы сообщали о своих вариантах разработки пробных приборов и присваивали им свои обозначения. В частности, исследователи из Университета Иллинойса назвали свой прибор MODFETOM (Полевой транзистор с двухмерным электронным газом). Тем не менее обозначение НЕМТ является в настоящее время наиболее употребительным.

Первые разработанные образцы НЕМТ-структур изготавливались на основе AlGaAs/GaAs. Они имели лучшие, чем МЕSFЕТ - структуры на основе GaAs, высокочастотные характеристики, особенно в отношении шумов и отдаваемой мощности; однако полученное улучшение характеристик было меньше, чем это ожидалось. Одной из целей проектирования НЕМТ - приборов является получение комбинации высокой подвижности электронов с высокой поверхностной плотностью двухмерного газа. Было обнаружено, что введением дополнительного InGaAs слоя в AlGaAs/GaAs структуру можно значительно улучшить функциональные параметры транзисторов В результате этих исследований в структуры НЕМТ - приборов были введены AlGaAs/InGaAs гетероструктуры. Наиболее перспективными типами НЕМТ-приборов в настоящее время являются AlGaAs/InGaAs/GaAs и InAlAs/InGaAs/InР НЕМТ - приборы.

Рынок мощных СВЧ - приборов (в настоящее время основанный на Si и GaAs) постоянно развивается. В конце 90х годов продавалось микросхем, транзисторов и усилительных модулей на 1,9 миллиардов долларов, ежегодно. К 2005 году эта цифра возросла до 5 миллиардов долларов. При этом доля приборов на GaAs составляла 53% от приведенной выше суммы, причём схемы на основе биполярных и полевых транзисторов занимали примерно равные части (26% и 27%). Прогнозируемый прирост продаж (до 32% ежегодно) в этом секторе рынка будет осуществляться главным образом, за счет гетеробиполярных приборов на GaAs. Приведенные цифры показывают, во-первых, что потребность в мощных СВЧ-приборах в мире неуклонно возрастает, и, во-вторых, что полевые приборы на основе GaAs приблизились к максимуму своих возможностей и начинают испытывать конкуренцию со стороны альтернативных приборов с более совершенными характеристиками.

К числу перспективных направлений можно также отнести разработку метаморфных GaAs НЕМТ (m-НЕМТ). Ключевым свойством такого прибора является слой InGaAs, выращенный на GaAs подложке с содержанием In более высоким, чем это используется в GaAs псевдоморфных НЕМТ (р-НЕМТ). При реализации такого слоя используется толстый релаксированный InGaAs буферный слой, служащий в качестве псевдоподложки для реального приборного слоя, выращиваемого поверх этого буфера. Главным преимуществом метаморфной структуры является то, что для получения транзисторов с характеристиками, свойственными InР транзисторам, используются недорогие подложки из GaAs.

Из-за экономических соображений всегда является желательным использование Si приборов вместо приборов на основе соединений III-VI групп химических элементов при условии, конечно, ч го характеристики этих приборов на основе Si будут соответствовать высоким требованиям. Главным шагом к использованию Si транзисторов на частотах выше 4ГГц была разработка НВТ на основе гетероструктур SiGe. Этот транзистор состоит из напряженного узкозонного SiGe базового слоя, заключенного между Si эмиттером и коллектором. О разработке норного SiGe НВТ было сообщено в научном журнале и c тех пор ВЧ характеристики этих приборов непрерывно улучшаются. В мировой практике сформировался ряд стратегических направлений развития электронной техники, которые могут быть отнесены к определяющим с позиций обеспечения обороноспособности и безопасности страны (включая ядерную), а также конкурентоспособности наиболее наукоемких отраслей промышленности и систем вооружения.

Характеристики

Список файлов ВКР