Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 99
Текст из файла (страница 99)
ууннеззьные диоды представляют собой р- — и-переходы с туннельным эффектом (рнс. 14.3,;). Они обладают широкополосностью, 33изким уровнем шума, высокой тем- 33ературнОЙ стойкостью. диод Ганна в основе своей конструкции имеет невыпрямляюший контакт "металл— полупроводник" !рис. 14.3, д). Он работает в гигагерцевом диапазоне частот при значительных мощностях импульсов.
Однако наибольший интерес, как активные элементы, представляют полевые и биполярные транзисторы СВЧ-диапазона. Главное их отличие от традиционных транзисторных структур микрозлектроники— материал. Если в традиционной микроэлектронике все структуры выполняются на кремниевых подложках того или иного типа проводимости, то в микроэлектронике СВЧ 3 3 7 Ь используются полупроводниковые соединения типа А В или А В '. 14.3. Интегральные транзисторы С ВЧ-диапазона Основной пзп СВЧ-транзисторов — это полевые транзисторы с барьером Шоггки в ка зестве затвора, выполненные по арсснид-гылиевой технологии.
На рис, 14.4 прелставлеиа структура полевого транзистора на арсеннде галлия с каналом и-типа. Между затвором и слоем канала введен слой нелегнрованного ОаА!Аз толщиной 300 А, назначение которого заключается в увеличении пробивного напряжения "затвор — сток", Рис. 14.4. Струятура транзистора с барьером Шсттки Раз азнообразные типы полевых транзисторов л3ожно классифицировать по механизму пе- Р"Оса носителей. Прн дрейфе электронов от истока к стоку они испытывают болыпое К~личество соударений.
Напряженность поля в канале полевых транзисторов обычно преВЬ7 ' шает !О кВ/см, а срелнее значение энергии электронов в установившелзся режиме— 0,3 3 зВ. Частота соударений при этом намного превышает 10 ' с . Поскольку пролетное 33 -3 а е Рема составляет 1О с, носители испытывают за время пролета десятки или сотни со- Р .Й3 ударений, Зв время 10' ' с, проходящее между двумя соударениями, носители проходят Расстояние, ие превышающее 400 А. 472 Часть 1!. Микроэлектроника При конструировании полевых транзисторов прихолилось сталкиваться с проолемон падения подвижности при повышении концентрации носителей в канале, необходимой при чалой длине канала.
Поскольку рост концентрации носителей связан с повышеии. ем степени легирования, то возрастание концентрации доноров увеличивает вероятност~ столкновения носителей с ионами доноров и снижает подвижность. Использование ге теропереходов позволило разрешить это противоречие: лвумерный электронный газ ооеспечивает возможность получения слоя с повышенной концентрацией носителей без увеличения концентрации доноров и свободных электронов, что дает возможность полу цать высокие концентрации. Изменение степени легирования в данных транзисторных структурах нашло отражение в их названии — "модуля ционно легированный" или "селекгивно легированный".
Возможны и другие варианты транзисторной структуры с высокой подвижностью электронов (НЕ!ЫТ, Н(к(з Е1есггоп МоЬ(йгу Тгапз1згог], например, с каналом в слое на основе узкозонного полупроводника ОаАз и слоем "поставщиком электронов" — широкозонным полупроводником А11пАз. Подвижность в канале Оа1пАз при 300 К достигает 10 000 см'!(В с). Обеспечивается высокая плотность заряда в слое двумерного электронного газа (3 4,5)х10 см и При этом необходимо отметить, что все эти качества в транзисторе с высокой подвижностью элелтронов в значительно большей степени проявляются прн пониженных температурах.
Одним из серьезных препятствий на пути реализации возлюжностей транзисторов с высокой подвижностью электронов является наличие гл>боких ловушек для электронов при высоком уровне содержания алюминия в А10аАз. Для получения слоя с двумерным электронным газом содержание алюминия в А(ОаАз должно превышать х > 0,2, но прн этих значениях глубокие ловушки приводят к срыву стоковых ВАХ, повышению уровня генерационно-рекомбинационных шумов н даже к появлению эффекта фоточувствительности В качестве меры противодействия предлагается формировать слой двумерного электрон- ного газа на границе раздела А!ОаАзЛпбадз. Другими словами, эта модификация транзи- стора отличается введением между слоем А(ОаАз (30 — -40 А) и нелегированным ОаАз (1 мкм) слоя !пОаАз толщиной в 200 А.
Эта модификация пол>чила название лссвдо- чорггшоао традэпстора с высокой подвпжностып эяекпнэонож Действие слоя (пОаАз обьясняется тем, что этот материач имеет меньшую по сравнению с арсенидом галлия ширину запрещенной зоны. Именно это дает возможность успешно использовать в паре с ннм А(Оадз с низким содержанием алюминия (х =-0,15). Ряд транзисторов СВЧ-диапазона был рассмотрен ранее, Отметим некоторые особенности изготовления полевых транзисторов. В технологическом процессе используется молекулярно-лучевая эпитаксия.
В качает ве подложек применяются пластины арсенида галлия, Вольфрамовые электроды затворов изгоэавливаются с помощью электронно-луче невой литографии н реактивного ионного травления. Возможно получение электродов ш шириной менее 0,25 мкм и высотой более ! мкм. Е) Активные области стоков лепзруются кремнием с помощью ионной имплантации . нтск Е) Совмещение элементов прибора с двух сторон подложки (затвор и исток) провозите в инфракрасном свете. 14. ИнтегРальные схемы СВс(тйиапаеона 473 Возможны два варианта транзистора этой конструкции; на однородной активной области канала и с гетеропереходом и слоем двумерного электронного газа (по типу НЕМТ).
Особо следует отметить двухзатворный вариант полевых транзисторов. Эта конструкция особенно удобна для использования в схемах автоматической регулировки усиления или в каскадах с управляемым усилением, как это требуется, например, в модулях активной фазированной антенной решетки. 14.4. Монолитные арсенид-галлиевые ИС ,Нонолатлные арселид-галлззевые интегральные стелл ~ (МИС) перекрывают диапазон частот от ! до 100 (Тц. Это позволяет их широко использовать в радиолокационных станциях, спутниковых системах навигации, средствах связи и т, п. рост спроса на ОаАз МИС стимулируется стремительно развивающимся рынком беспроводных систем связи.
В арсенид газлиевых интегральных схемах в основном используются следующие транзисторные структуры: Е) полевой транзистор с барьером Шоттки (МЕЛЕЕТ); Е) транзисторы на горячих электронах (НЕМТ)! Ы биполярные гетеротранзисторы (!1ВТ). На рис.!4.5 приведена частотная зависимость выходной мощности различных типов арсенид-галлиевых транзисторов. Рис. 14.6. Частотная зависимость выходной мощности: 1 — бвАв МЕЛЕЕТ, 2 — А1баАвзбаАв НЕТ; 3 — баАз НЕМТ Выбор типа транзисторов для арсенид-галлиевых ИС зависит от фундаментальных механизмов работы, от степени совершенства технологии. Основным активным элементом современных ОаАз ИС являются МЕВЕЕТ-структуры.
Однако высокочастотные характеРистики этого типа транзисторов ограничены подвижностью электронов и временем пролета канала. Уменьшая длин» затвора можно увеличить быстродействие МЕЯГЕТ- транзисторов, что, однако, не очень эффективно. Создаются сложные структуры, в которых стараются увеличить подвижность электронов. Например, в НЕМТ-структуре создаются гетеропереходы с квантовыми колодцами, в коорых формируется двумерный электронный газ, в котором сугдественно увеличивается полвнжность электронов.
Часть 11. Микроэлектроника Транзисторные структуры типа НВТ по конструкции во многом похожи на кремниевы оиполярные транзисторы, а по принципу действия аналогичны транзисторам на горячих электронш. Активной областью НВТ транзисторных струлэ'ур служит гетеропереход т„. пов ОаАз-ОаА!Аз н СэаАэ-1обаАз, В этой области носители движутся в нелегированном ~анапе без рассеяния на примесных ионах. Это приводит к увеличению быстродействия успехи в области разработки конструкции и создания технологии арсенид-галлиевых транзисторных структур позволяет надеяться на расширение нх потребности в ВЧ схемах, малошумящнх усилителях и усилителях мощности.
Если первые промышленные арсеннд-галлиевые интегральные схемы предназначались только для военных систем связи, то в настоящее время ожидается их широкое примене. ннс в системах гражданской коммуникации следующего поколения. Контрольные вопросы 1. Что собой представляет элсменэная база ИС СВЧ-диапазона? 2 Какими карал ернстнкамн долэкен обладать генернруюшнн днов СВЧ-днапазоназ 3, Какую конструкшао СВг1-транзистора вы зпаете7 Рекомендуемая литература 1. Филатов И. И, Бакрунов О. А.. Панасспко П В Микроэлеьэтюиные СВЧ-устройства. Мплроэлелтроннка; Учебное пособие лля втузов под ред. Л.
А. Коледоаа. кн. 7. — Мэ Высшая школа, 19а7. 2. Шур М. Современные приборы на основе арссннда галлия. — Мл Мнр, !991. 3. Щука А. А, Миьроэлекгроннка СВЧ-диапазона волн.— Мэ Мг!РЭА, 199ь. 15. От микро- к наноэлектронике 15.1. Барьеры на пути перехода от микро- к наноэлектронике В основе физики полупроводников и всей остальной микроэлектроники лежит фундаментальное понятие — энергетический барьер. Это, прежде всего, традиционный р — и-переход, а также граница полупроводника либо с другим веществом, либо с окружающей средой (воздух, вакуум, твердое тело). Основной тенденцией развития микроэлектроники является увеличение степени интеграции. В соответствии с пресловугым законом Мура число элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
