Конструкция и технология СВЧ-транзисторов Х-диапазона для систем радиолокации (1090557), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Рис.13. Плотность включений и повреждений поверхности SiC, контролируемая поляризационным методом

а) – N_д~10⁸-10⁹см^-2; б – N_д~10⁷см^-2.

Наличие нанометровых включений и повреждений поверхности существенно снижает процент выхода годных приборов с пластины, поскольку дефектность поверхностных cлоев AlGaN/GaN коррелирует с плотностью дефектов исходных SiC-подложек.

Следующим этапом контроля технологического процесса изготовления СВЧ транзисторов является контроль планарной технологии изготовления.

Металлизированные слои, как показано в гл.2, определяют параметры омических контактов и барьеров Шоттки транзисторов на широкозонных материалах. При этом, так как толщина металлизированных слоев должна выдерживаться с большой точностью, требования к однородности толщины пленок, с которой однозначно связано поверхностное сопротивление металлических пленок, являются достаточно жесткими.

На основе методов контроля неоднородности поверхностного сопротивления по площади напыляемых слоев пленок основе омических контактов СВЧ транзисторов на AlGaN/GaN гетероструктурах, обеспечивающих контроль неоднородности толщины металлизированных слоев по площади при их осаждении с точностью 1% проведено исследование неоднородности поверхностного сопротивления пленок на основе Ti, Al, Ni и Au омических контактов истока и стока.

Результаты распределения неоднородности поверхностного сопротивления металлизированного слоя показывают сложную картину распределения неоднородностей по поверхности структуры для поверхностного сопротивления пленок титана, алюминия, никеля и хрома приведены на рис.14.

Рис.14. Распределение поверхностного сопротивления для пленок, титана,

алюминия и никеля

Разброс поверхностного сопротивления пленки на кремниевой подложке при создании омических контактов на основе Ti, Al, Ni и Au к истоку и стоку СВЧ транзисторов на AlGaN/GaN гетероструктурах показал, что неоднородность поверхностного сопротивления не превышает 6% при нанесении пленок на подложки диаметром 4 дюйма. На подложках диаметром 50 и 76 мм разброс поверхностного сопротивления меньше и не превышает 3 и 4%, соответственно.

Разработаны методы обеспечения совместных процессов производства кремниевых МИС и AlGaN/GaN/SiC-HEMT.

Проведенный анализ показал, что мультисистемный производственный процесс создания Si-МИС и AlGaN/GaN/SiC-HEMT может быть реализован на основе трехуровневой системы, состоящей из:

- раздельных производственных помещений (кластеров) для операций создания омических контактов и барьеров Шоттки для AlGaN/GaN/SiC-HEMT, операций диффузии, нанесения металлов и диэлектриков для технологии создания Si-МИС;

- общих кластеров литографии, «мокрого» и «сухого» травления и отмывки пластин при соблюдении дополнительных условий очистки, исключающих влияние газов и загрязнений, в первую очередь, на кристаллы AlGaN/GaN-HEMT;

- общих производственных участков корпусирования, присоединения выводов и измерений параметров.

Реализация мультисистемного производственного процесса позволяет:

- привести в соответствие современному технологическому уровню организационно-техническую структуру предприятий, занимающихся разработкой и производством современной ЭКБ и аппаратуры на ее основе;

- обеспечить переход твердотельной СВЧ электроники на новый уровень интеграции, а именно, на элементную базу нового поколения: интеллектуальные, адаптивные СВЧ мультисистемы на кристалле, использующие сложные алгоритмы обработки сигналов;

- обеспечить инновационное развитие радиоэлектронной промышленности России на основе критических и прорывных технологий на новых полупроводниковых материалах (GaN. SiGe, SiC).

Глава 4. Результаты практического применения конструктивно-технологических решений создания GaN СВЧ гетеротранзисторов и интегральных схем для радиолокационных систем Х-диапазона

В четвертой главе рассмотрены результаты разработки и внедрения при модернизации и техническом перевооружении производственного комплекса НПП «Пульсар», позволяющего реализовывать мощные СВЧ транзисторные структуры.

Исследованы результаты практического применения, предложенных в главе 2 теплоотводящих конструкций и технологических процессов создания GaN СВЧ транзисторов.

Применение предложенных теплопроводящих конструкций в базовом кристалле СВЧ НЕМТ (рис.15а) позволили реализовать на его основе внутрисогласованные транзисторы (рис.15б и в), которые обеспечивают пробивные напряжения более 110В и малошумящие СВЧ транзисторы, обеспечивающие коэффициент шума К_Ш ≤ 2,4 дБ при уровне СВЧ помех P_п =100Вт (рис.16).

Рис. 15. Конструкция базового кристалла СВЧ НЕМТ – а) и внутрисогласованные СВЧ транзисторы на основе базового кристалла НЕМТ производства ФГУП «НПП «Пульсар»:

б) – 6-кристальный СВЧ транзистор С- диапазона с параметрами: ΔF=5,1÷5,9 ГГц; Р_имп=110 Вт; t_имп =100 мкс; Q=4; Р_ср = 50Вт;

в) – 4-кристальный СВЧ транзистор Х- диапазона с параметрами: ΔF=9,5÷10,5 ГГц; Р_имп=90 Вт; t_имп =100 мкс; Q=4; Р_ср = 30Вт;

Рис.16. Малошумящий СВЧ транзистор 3ПШ988

Разработанные с помощью предложенного технологического процесса и конструктивно-технологических решений GaN СВЧ транзисторы позволили реализовать твердотельные СВЧ модули, внедренные в ряд радиолокационных систем, что позволило обеспечить создание соответствующих радиоэлектронных комплексов

Был разработан импульсный усилитель мощности на GaN СВЧ транзисторах с импульсной мощностью Р_ИМП = 8 кВт при длительности импульса τ_ИМП=1…200 мкс и минимальной скважностью Q_МИН=6 с системой водяного охлаждения. Основными преимуществами, получаемыми в результате применения GaN СВЧ транзисторов, являются их высокие пробивные и рабочие напряжения и высокая удельная мощность. Импульсный усилитель мощности на GaN СВЧ транзисторах с импульсной мощностью Р_ИМП = 8кВт представляет собой многотранзисторное устройство, в состав которого входит 272 мощных СВЧ транзистора.

Малошумящие СВЧ транзисторы использованы при создании СВЧ приемников РЛС с уровнем синхронных помех Р_пс=300Вт и асинхронных помех Р_ас=50Вт.

Таким образом, разработанные с помощью реализованного технологического процесса и конструктивно-технологических решений GaN СВЧ транзисторы позволили реализовать твердотельные СВЧ модули, внедренные в ряд радиолокационных систем, что позволило обеспечить создание радиоэлектронных комплексов нового поколения.

Заключение

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в настоящей работе, заключаются в следующем:

1. На основе проведенных тепловых расчетов установлено, что для AlGaN/GaN СВЧ транзистора Х-диапазона применение теплопроводящих подложек на основе полиалмаза, выращенного на кремнии, обеспечивает лучший отвод тепла по сравнению с подложками на карбиде кремния при толщине слоя кремния менее 10 мкм при длительности импульса более 50 мкс.

2. Показано, что слой полиалмаза на поверхности AlGaN/GaN СВЧ транзистора Х-диапазона толщиной 1мкм уменьшает неравномерность температуры поверхности кристалла транзистора с 70^оС до 40^оС в импульсном режиме при выходной плотности мощности 8 Вт/мм, длительности импульса τ=300мкс и скважности Q=50.

3. Установлено, что современные методы нанесения металлических пленок Ti, Al, Au, Ni на полупроводниковые подложки обеспечивают неоднородность поверхностного сопротивления по площади пленок не более 6% для пленок, нанесенных на пластины диаметром 4 дюйма и не более 4% для пленок, нанесенных на пластины диаметром 3 дюйма, что достаточно для обеспечения производства омических контактов и барьеров Шоттки.

4 Анализ и исследование технологического процесса создания GaN СВЧ транзисторов и интегральных схем позволили сформулировать требования к технологическому оборудованию необходимому для реализации заданных параметров СВЧ приборов и обеспечения их высокой надежности.

Выбор технологического оборудования ориентирован на процесс изготовления GaN СВЧ транзисторов и интегральных схем, реализующих большую номенклатуру изделий при их относительно невысоком количественном выпуске, что позволяет реализовать баланс между специальными стратегическими и коммерческими целями производства.

5. Показано, что мультисистемный производственный процесс создания систем на кристалле на основе Si-МИС и AlGaN/GaN/SiC-HEMT может быть реализован на основе трехуровневой структуры, состоящей из:

• раздельных производственных помещений (кластеров) для операций
  диффузии, создания омических контактов и барьеров Шоттки для технологии AlGaN/GaN/SiC-HEMT, операций диффузии, нанесения металлов и диэлектриков для технологий создания Si-МИС;

• общих кластеров литографии, «мокрого» и «сухого» травления и отмывки пластин при соблюдении дополнительных условий очистки,исключающих влияние газов и загрязнений, в первую очередь, на кристаллы AlGaN/GaN-HEMT;

• общих производственных участков корпусирования, присоединения
  выводов и измерений параметров.

1. Основные результаты исследований, проведенных в данной работе, внедрены, при модернизации и техническом перевооружении производственного комплекса НПП «Пульсар» и в технологический процесс создания GaN СВЧ транзисторов и использованы при разработке СВЧтранзисторов: ЗПШ 997А, ЗПШ 997Б. ЗПШ 997В, ЗПШ988А и СВЧ твердотельных модулей БКВП.468714.03 3, БКВП.468 1 73.020 БКВП.468714.030 на их основе.

Список публикаций, отражающих основное содержание диссертационной работы

В изданиях, рекомендованных ВАК

А1. Иванов К.А., Kурмачев В.А., Филатов А.Л. GaN мощные СВЧ транзисторы на подложках из полиалмаза. Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы.2012. Вып. 1. Стр.82-85.

А2. Глыбин А.А., Иванов К.А., Курмачев В.А., Филатов А.Л. Моделирование тепловых режимов мощных GaN СВЧ транзисторов. Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы.2012. Вып. 1. Стр.86-89.

А3. Концевой Ю.А., Курмачев В.А. Методы контроля технологии наногетероструктурных СВЧ AlGaN/GaN-транзисторов. Интеграл. 2012. №2. Стр.10-11.

А4. Курмачев В.А. Мультисистемные технологии. Совместимость производства Si-транзисторов и AlGaN/GaN/SiC-HEMT. Интеграл. 2012. №3. Стр.28-31.

А5. Глыбин А.А., Синкевич В.Ф., Курмачев В.А.Метод снижения вероятности электрического пробоя GaN СВЧ транзисторов при работе в режиме максимальной выходной мощности. Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы.2012 г. Вып. 2. Стр.18-21

А6. Ванюхин К.Д. , Кобелева С.П., Концевой Ю.А., Курмачев В.А., Сейдман Л.А. Исследование однородности поверхностного сопротивления металлических пленок Ti, Al, Ni, Cr и Au. Известия вузов. Материалы электронной техники. 2012. №4. Стр.33-36.

А7. Курмачев В.А. Иридиевые контакты Шоттки для гетероструктур AlGaN/GaN. Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы.2013. Вып. 1.

А8. Аветисян Г.Х., Гладышева Н.Б., Дорофеев А.А., Курмачев В.А. Полупроводниковый прибор (варианты). Патент на полезную модель № 126509, приоритет 24 сентября 2012 г.

Характеристики

Список файлов диссертации