Трёхэлектродный полупроводниковый прибор Российский патент 2018 года по МПК H01L45/00 

Изобретение относится к области микроэлектроники и радиотехники и может быть использовано при создании СВЧ и КВЧ монолитных интегральных схем.

Варакторные диоды с барьером Шоттки на арсениде галлия, в том числе интегральные диодные пары с последовательным и параллельным соединением диодов Шоттки, имеющие поверхностно-ориентированные выводы, применяются в гибридных и монолитных интегральных схемах преобразователей частоты, генераторов и электрически перестраиваемых фильтров радиоприемных устройств (РПУ) СВЧ и КВЧ диапазонов. Однако применение варакторных диодов в схемах СВЧ и КВЧ диапазонов ограничено низкими значениями добротности и обусловленными этим высокими вносимыми потерями. Предпосылкой для разработки элементов с высокой добротностью служит широко распространенное на сверхвысоких частотах включение диодов в схему, когда оба полюса полупроводникового прибора находятся под одним потенциалом по постоянному току и необходимо принимать специальные меры для подачи управляющего потенциала.

В патенте [1. US 3699408, Low barrier height gallium arsenide microwave Schottky diodes using gold-germanium alloy] описывается диод с барьером Шоттки, состоящий из высоколегированной подложки арсенида галлия, размещенного на ней эпитаксиального слоя, и сформированного к указанному эпитаксиальному слою электрода, обеспечивающего контакт Шоттки. Недостатком данной конструкции является высокое последовательное сопротивление базы диода Шоттки. В патенте [2. RU 2354010, Трехэлектродный высокочастотный полупроводниковый прибор] описывается полупроводниковый прибор, принятый за прототип, содержащий полупроводниковый эпитаксиальный слой на подложке, размещенные на нем два контакта Шоттки высокочастотного тракта и один управляющий контакт, выполненный омическим, и расположенный вне пространства между контактами в высокочастотном тракте.

Недостатком прототипа является высокое последовательное сопротивление базы диода Шоттки, низкое значение добротности.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение последовательного сопротивления базы диода Шоттки, повышение добротности полупроводникового прибора.

Для решения указанной задачи предлагается трехэлектродный полупроводниковый прибор, содержащий размещенные на нем два контакта Шоттки высокочастотного тракта и один управляющий электрод, образующий омический контакт и расположенный вне пространства между контактами в высокочастотном тракте.

Согласно изобретению контакты Шоттки высокочастотного тракта выполнены в виде встречно-штыревой системы металлизации и сформированы к верхнему, активному, слою полупроводниковой структуры, а управляющий электрод формируется к высоколегированному слою полупроводниковой структуры, который располагается за активным слоем полупроводниковой структуры.

Техническим результатом является повышение коэффициента передачи преобразователей частоты, снижение фазовых шумов генераторов и повышение избирательности электрически перестраиваемых фильтров СВЧ и КВЧ диапазонов, построенных на основе предлагаемого прибора.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого прибора из литературы не известны, поэтому изобретение соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фигуре 1 приведено схематичное изображение трехэлектродного полупроводникового прибора. На фигуре 2 приведено схематичное изображение поперечного сечения трехэлектродного полупроводникового прибора.

Для примера рассмотрим трехэлектродный полупроводниковый прибор (фигура 1, фигура 2) на многослойной полупроводниковой структуре арсенида галлия, состоящей из полуизолирущей подложки (1), буферного слоя (на фигурах не указан), высоколегированного слоя (2), активного слоя (4). На полу изолирующей подложки (1) методом молекулярной лучевой или газофазной эпитаксии последовательно выращиваются буферный слой (на фигурах не указан), высоколегированный слой (2) и активный слой (4) [3. Основы материаловедения и технологии полупроводников, Случинская И.А., М: Мир, 2002 - 376 с.]. Буферный слой (на фигурах не указан) необходим для уменьшения влияния дефектов полуизолирующей подложки (1). Далее расположен высоколегированный слой (2), на котором формируется управляющий электрод (3), образующий омический контакт. Далее расположен активный слой (4), на котором формируется встречно-штыревая система металлизации электродов (5) и (6), образующих контакт Шоттки, причем управляющий электрод (3) расположен вне пространства между встречно-штыревой системой металлизации электродов (5) и (6). Электроды (5) и (6) предназначены для включения в высокочастотный тракт (на фигурах не указан), а управляющий электрод (3) используется для подачи управляющего напряжения.

При отсутствии напряжения на управляющем электроде (3) и подаче высокочастотного сигнала на электроды (5) и (6), указанный сигнал проходит между электродами (5) и (6) через проводящие области (на фигурах не указаны) слоев (2) и (4). При подаче напряжения на управляющий электрод (3) увеличивается область объемного заряда под электродами (5) и (6) и, соответственно, создаваемая ими емкость. Эта емкость изменяется в соответствии с изменением управляющего напряжения на управляющем электроде (3).

Использование: для создания СВЧ и КВЧ монолитных интегральных схем. Сущность изобретения заключается в том, что трехэлектродный полупроводниковый прибор содержит размещенные на нем два контакта Шоттки высокочастотного тракта и один управляющий электрод, образующий омический контакт и расположенный вне пространства между контактами в высокочастотном тракте, контакты Шоттки высокочастотного тракта выполнены в виде встречно-штыревой системы металлизации и сформированы к верхнему, активному, слою полупроводниковой структуры, а управляющий электрод формируется к высоколегированному слою полупроводниковой структуры, который располагается за активным слоем полупроводниковой структуры. Технический результат: обеспечение возможности повышения коэффициента передачи преобразователей частоты, снижения фазовых шумов генераторов и повышения избирательности электрически перестраиваемых фильтров СВЧ и КВЧ диапазонов. 2 ил.

Трехэлектродный полупроводниковый прибор, содержащий размещенные на нем два контакта Шоттки высокочастотного тракта и один управляющий электрод, образующий омический контакт и расположенный вне пространства между контактами в высокочастотном тракте, отличающийся тем, что контакты Шоттки высокочастотного тракта выполнены в виде встречно-штыревой системы металлизации и сформированы к верхнему, активному, слою полупроводниковой структуры, а управляющий электрод формируется к высоколегированному слою полупроводниковой структуры, который располагается за активным слоем полупроводниковой структуры.