Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно способу изготовления мощных полевых транзисторов на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия и предназначено для разработки усилительных и управляющих монолитных интегральных схем СВЧ на их основе и соответственно широкого класса устройств электронной и радиоэлектронной техники СВЧ, в том числе радиолокационных устройств.
Мощные электронные приборы и прежде всего мощные полевые транзисторы СВЧ (далее полевой транзистор) и соответственно усилительные и управляющие монолитные интегральные схемы СВЧ на их основе, при этом выполненные на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия GaN (далее полупроводниковая гетероструктура) отличаются более:
- широким диапазоном рабочих частот, при этом с продвижением в область более высоких значений,
- высокими значениями выходной мощности,
-низкими значениями коэффициента шума,
- высокими значениями рабочих температур и так далее.
Однако в силу того, что данный полупроводниковый материал относится к широкозонным полупроводниковым материалам, это обуславливает определенные как конструкционные, так и технологические трудности при формировании - изготовлении как самой полупроводниковой гетероструктуры, так и мощного полевого транзистора СВЧ в целом.
Известен способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия GaN, включающий создание на поверхности кремниевой пластины с эпитаксиальной гетероструктурой типа p-GaN/AlGaN/GaN подзатворной р-GaN меза-области, межприборной меза-изоляции, формирование омических контактов к областям электродов стока и истока полевого транзистора, формирование двухслойной резистной маски методами литографии, очистку поверхности эпитаксиальной гетероструктурой, формирование электрода затвора методом вакуумного напыления тонких пленок затворной металлизации, удаление резистной маски.
В котором, с целью увеличения порогового напряжения отпирания, перед напылением тонких пленок затворной металлизации эпитаксиальная гетероструктура (пластина) подвергается обработке в атмосфере атомарного водорода в течение 10-60 с, при температуре 20-150°С и плотности потока атомов водорода на упомянутой поверхность 1013-1016 ат. см-2·с-1. [Патент № 2642495 RU. Способ увеличения порогового напряжения отпирания GaN транзистора / Ерофеев Е.В.//Бюл. - 2018 г. - № 3/].
Известен способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия GaN, включающий очистку поверхности кремниевой пластины с эпитаксиальной гетероструктурой типа p-GaN/AlGaN/GaN, осаждение методом электронно-лучевого испарения в вакууме тонких пленок затворной металлизации, формирование методами плазмохимического травления подзатворной p-GaN меза-области и межприборной меза-изоляции, формирование омических контактов к областям электродов стока и истока, пассивацию активных областей полевого транзистора.
В котором с целью увеличения управляющего напряжения на электроде затвора GaN полевого транзистора, перед напылением тонких пленок затворной металлизации на поверхность активной области полевого транзистора плазмохимическими методами производится осаждение тонкой пленки диэлектрика на основе нитрида кремния толщиной от 1 до 50 нм. [Патент № 2669265 RU. Способ увеличения порогового напряжения отпирания GaN транзистора/ Ерофеев Е.В. //Бюл. - 2018 г. - № 28/].
Технические решения первого и второго аналогов обеспечили повышение примерно - порогового напряжения на 17 процентов и управляющего напряжения до 6 В соответственно.
Однако, поскольку данные мощные полевые транзисторы СВЧ выполнены р-типа проводимости - это существенно ограничивает их применение.
Известен способ изготовления мощного нитрид-галлиевого полевого транзистора, включающий выделение активной области химическим травлением, проведение процессов литографии и формирование омических контактов электродов стока и истока на контактном слое активной области полупроводниковой структуры, формирование щели под электрод затвора или другого конструкционного элемента в диэлектрических, металлических или резистных масках первого уровня.
В котором, с целью увеличения длины электрода затвора (порядка 150 нм), путем обеспечения ровного края резистных масок и чистой рабочей поверхности (свободной от резиста), на поверхность активной области полупроводниковой структуры с щелью под электрод затвора наносят тонкий слой металлического, полимерного или другого высокопроводящего покрытия или их комбинацию, после чего из электронных резистов формируют резистные маски второго уровня и методом электронной литографии формируют расширенные шляпки электродов затворов типа барьера Шоттки, затем удаляют проводящие покрытия в открытых окнах резистных масок второго уровня, напыляют барьерную металлизацию, проводят финишные обработки, методом взрывной литографии резистных масок электронных резистов второго уровня, формируют шляпки электродов затворов типа барьера Шоттки или других конструкционных элементов, удаляют проводящие покрытия с открытых участков поверхности, при необходимости формирования полостей под полями шляпок электродов затвора селективно удаляют маски первого уровня, проводят пассивацию поверхности канала между электродами стока и истока слоем диэлектрика таким образом, чтобы под полями шляпок электродов затвора типа барьера Шоттки формировались воздушные полости, затем вскрывают окна в диэлектрике над электродами стока и истока, проводят металлизацию следующих уровней, металлизацию подложки с обратной стороны и разделение подложки на кристаллы. [Патент № 2668635 RU. Способ изготовления мощного нитрид-галлиевого полевого транзистора /Торхов Н.А.//Бюл. - 2018 г.- № 28/] - прототип.
Данный способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия отличается:
- высокими значениями удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока и соответственно
-- низкими значениями выходной мощности и коэффициента усиления;
-- высокими значениями коэффициента шума.
- достаточно сложным технологическим процессом изготовления, в том числе технологических операции формирования электрода затвора.
Техническим результатом заявленного способа изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия является повышение выходной мощности и коэффициента усиления, снижение коэффициента шума, повышение качества и упрощение способа изготовления.
Технический результат достигается заявленным способом изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, включающим
формирование на лицевой поверхности заданной подложки заданной полупроводниковой гетероструктуры на основе нитрида галлия в виде последовательности основных слоев и соответственно материала каждого из них, при этом, по меньшей мере, один из которых является узкозонным и один - широкозонным материалом, с заданными их параметрами,
формирование, по меньшей мере, одной заданной топологии элементов активной области полевого транзистора на заданных слоях полупроводниковой гетероструктуры, предусматривающей формирование:
канала в виде двумерного электронного газа вблизи гетерограницы слоев узкозонного и широкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры,
омических контактов электродов истока и стока, посредством технологических операций методов литографии и нанесения последовательности металлических слоев,
щели под электрод затвора, посредством технологических операций методов электронной литографии и нанесения последовательности диэлектрических и проводящих слоев,
самого электрода затвора, типа барьера Шоттки, заданной конфигурации, посредством нанесения последовательности металлических слоев,
формирование пассивирующего покрытия, из диэлектрического материала, заданной толщины.
При этом
формирование заданной полупроводниковой гетероструктуры на заданной подложке и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления в целом осуществляют в два этапа, при этом:
на первом этапе - осуществляют формирование:
прямой последовательности следующих слоев полупроводниковой гетероструктуры - буферного слоя нитрида галлия GaN, толщиной (2,0-3,0)×10-6 м, слоя нитрида алюминия AlN, толщиной (0,5-0,7)×10-9 м, барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, где Х равно (0,24-0,26), толщиной менее 25,0×10-9 м,
дополнительного пассивирующего покрытия - слоя нитрида кремния Si3N4, на лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, толщиной (5,0-10,0)×10-9 м, при этом выше упомянутые слои формируют в едином технологическом процессе,
заданной - иной топологии элементов активной области полевого транзистора, на лицевой поверхности баръерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, при одновременном определении расположения активной области щели под электрод затвора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па,
на втором этапе - осуществляют формирование:
контактного слоя нитрида галлия GaN полупроводниковой гетероструктуры, в области расположения электродов истока и стока соответственно, на глубине равной сумме толщин упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры, сформированных на первом этапе, - от лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN и до (1,9-2,9)×10-6 м от обратной поверхности буферного слоя нитрида галлия GaN, при одновременном легировании контактного слоя нитрида галлия GaN донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси (1019-1020) см-3,
меза-изоляции активной области полевого транзистора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па,
омических контактов электродов истока и стока на лицевой поверхности контактного слоя нитрида галлия GaN,
щели под электрод затвора согласно иной топологии и самого электрода затвора,
пассивирующего покрытия одновременно на всей лицевой поверхности активной области полевого транзистора, толщиной (50,0-100,0)×10-9 м, с обеспечением защиты электродов истока, стока, канала и электрода затвора.
Используют подложку из полупроводникового либо диэлектрического материала максимально согласованного с материалом прилегающего слоя - буферного слоя нитрида галлия GaN по параметрам кристаллической решетки и температурному коэффициенту линейного расширения.
Формирование слоев полупроводниковой гетероструктуры на первом и втором этапах осуществляют посредством метода осаждения металлоорганических соединений из газообразной фазы (MOCVD) соответствующего состава.
Омические контакты электродов истока и стока формируют посредством нанесения прямой последовательности металлических слоев материалов титан Ti-платина Pt-золото Au метода электронно-лучевого напыления либо метода термического испарения.
Электрод затвора типа барьера Шоттки формируют Т-образной, либо Г-образной, либо Δ-образной конфигурации, посредством нанесения прямой последовательности металлических слоев материалов никель Ni-золото Au.
Пассивирующее покрытие формируют из диэлектрического материала нитрида кремния Si3N4.
Раскрытие сущности изобретения.
Совокупность существенных признаков заявленного способа изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, как ограничительной части, так и отличительной части, а именно.
Формирование заданной полупроводниковой гетероструктуры на заданной подложке и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления в целом осуществляют в два этапа, при этом:
на первом этапе - осуществляют формирование:
прямой последовательности следующих слоев полупроводниковой гетероструктуры - буферного слоя нитрида галлия GaN, толщиной (2,0-3,0)×10-6 м, слоя нитрида алюминия AlN, толщиной (0,5-0,7)×10-9 м, барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, где Х равно (0,24-0,26), толщиной менее 25,0×10-9 м,
дополнительного пассивирующего покрытия - слоя нитрида кремния Si3N4, на лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, толщиной (5,0-10,0)×10-9 м, при этом вышеупомянутые слои формируют в едином технологическом процессе,
заданной - иной топологии элементов активной области полевого транзистора, на лицевой поверхности баръерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, при одновременном определении расположения активной области щели под электрод затвора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па,
на втором этапе - осуществляют формирование:
контактного слоя нитрида галлия GaN полупроводниковой гетероструктуры, в области расположения электродов истока и стока соответственно, на глубине равной сумме толщин упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры, сформированных на первом этапе, - от лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN и до (1,9-2,9)×10-6 м от обратной поверхности буферного слоя нитрида галлия GaN, при одновременном легировании контактного слоя нитрида галлия GaN донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси (1019-1020) см-3,
меза-изоляции активной области полевого транзистора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па,
омических контактов электродов истока и стока на лицевой поверхности контактного слоя нитрида галлия GaN,
щели под электрод затвора согласно иной топологии и самого электрода затвора,
пассивирующего покрытия одновременно на всей лицевой поверхности активной области полевого транзистора, толщиной (50,0-100,0)×10-9 м, с обеспечением защиты электродов истока, стока, канала и электрода затвора.
Формирование заданной полупроводниковой гетероструктуры на заданной подложке и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления в целом в два этапа обеспечивает возможность формирования контактного слоя нитрида галлия GaN полупроводниковой гетероструктуры, при этом сильнолегированного донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси (1019-1020) см-3,
и тем самым - снижение потенциального барьера между контактным слоем нитрида галлия GaN и омическими контактами электродов истока и стока
и тем самым - снижение удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока и, как следствие, -
во-первых, повышение выходной мощности и коэффициента усиления,
во-вторых, снижение коэффициента шума.
Формирование контактного слоя нитрида галлия GaN строго локально, а именно непосредственно в области расположения электродов истока и стока соответственно, и при этом согласно вышеуказанной иной топологии элементов активной области полевого транзистора (в отличии от способа прототипа, в котором контактный слой формируют в виде сплошного слоя) и на указанной глубине полупроводниковой гетероструктуры обеспечивает:
непосредственный контакт двумерного электронного газа (канал полевого транзистора) с контактным слоем нитрида галлия GaN, при этом локально,
и тем самым - снижение сопротивления электродов исток-сток в процессе работы полевого транзистора,
и тем самым - увеличение тока насыщения полевого транзистора и, как следствие, - дополнительно увеличение выходной мощности.
При этом в совокупности:
с указанными параметрами основных слоев полупроводниковой гетероструктуры, в том числе их толщины;
- с иной последовательностью технологических операций технологического процесса изготовления и с указанными иными их технологическими режимами,
при этом, значения которых (параметры полупроводниковой гетероструктуры и режимы технологических операций) максимально оптимизированы - это обеспечивает значительное повышение качества полупроводниковой гетероструктуры, и, как следствие - дальнейшее - большее достижение указанного технического результата.
Более того, указанная совокупность отличительных признаков обеспечивает упрощение способа изготовления, и прежде всего благодаря упрощению технологических операций формирования электрода затвора.
Формирование на первом этапе:
- буферного слоя нитрида галлия GaN, толщиной как менее 2,0×10-6 м, так и более 3,0×10-6 м не желательно, в первом случае - из-за наличия недопустимого количества дефектов роста, во втором - не целесообразно с точки зрения снижения количества дефектов;
- слоя нитрида алюминия AlN, толщиной как менее 0,5×10-9 м, так и более 0,7×10-9 м не желательно, в первом случае - из-за наличия недопустимого количества дефектов роста, во втором - из-за вероятности повышения механических напряжений;
- барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, с содержанием указанных химических элементов как менее 0,24, так и более 0,26 не желательно, в первом случае - из-за снижения его функциональности, во втором - из-за вероятности образования дефектов роста, равно как толщиной более 25,0×10-9 м - из-за усложнения способа изготовления, а менее ограничено толщиной молекулярного слоя AlxGa1-xN;
- дополнительного пассивирующего покрытия нитрида кремния Si3N4, на лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, толщиной как менее 5,0×10-9 м, так и более 10,0×10-9 м не желательно, в первом случае - из-за нарушения сплошности пассивирующего покрытия, во втором - не целесообразно;
- топологии элементов активной области полевого транзистора посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3
-- с нарушением указанного их соотношения нежелательно из-за снижения качества формирования контактного слоя нитрида галлия GaN и соответственно увеличения удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока;
-- давлении как менее 3,1 Па, так и более 3,3 Па не желательно, в первом случае - из-за вероятности образования радиационных дефектов, во втором - из-за вероятности подтрава под резистную маску, что приводит к нарушению профиля травления и снижению качества формирования контактного слоя полупроводниковой гетероструктуры и соответсиенно увеличению удельного сопротивления омических контактов электродов стока и истока.
Формирование на втором этапе:
- контактного слоя нитрида галлия GaN на упомянутой глубине как менее 1,9×10-6 м, так и более 2,9×10-6 м не желательно, в первом случае из-за отсутствия контакта между двумерным электронным газом (канал полевого транзистора) и контактным слоем нитрида галлия GaN, во втором - из-за вероятности образования дефектов роста,
равно как, при одновременном его легировании донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси как менее 1019 см-3, так и более 1020 см-3 не желательно, в первом случае - из-за повышения удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока, во втором - из-за нарушения кристаллической структуры полупроводниковых слоёв;
- меза-изоляции методом реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3,
с нарушением указанного их соотношения (1:9) не желательно из-за нарушения профиля травления контактного нитрида галлия GaN и буферного нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN слоёв полупроводниковой гетероструктуры и соответственно снижения их качества,
равно как давлении как менее 3,1 Па, так и более 3,3 Па не желательно, в первом случае - из-за вероятности образования радиационных дефектов, во втором - из-за вероятности образования подтравов под резистную маску и нарушения профиля травления упомянутых слоёв и соответственно снижения их качества;
- пассивирующего покрытия толщиной как менее 50,0×10-9 м, так и более 100,0×10-9 м не желательно, в первом случае - из-за нарушения его функциональности, во втором - не целесообразно.
Итак, заявленный способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия в полной мере обеспечивает технический результат - повышение выходной мощности и коэффициента усиления, снижение коэффициента шума, повышение качества и упрощение способа изготовления.
Изобретение поясняется чертежом.
На фиг. 1 дан общий вид мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, изготовленного заявленным способом в разрезе, где
диэлектрическая подложка - 1,
полупроводниковая гетерострултура в виде последовательности основных слоев - 2,
- топология элементов активной области полевого транзистора - 3,
- канал в виде двумерного электронного газа - 4,
- омические контакты электродов истока и стока - 5, 6 соответственно,
- щель под электрод затвора и сам электрод затвора - 7,
- пассивирующее покрытие - 8,
- буферный слой нитрида галлия GaN - 9,
- слой нитрида алюминия AlN - 10,
- барьерный слой нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN - 11, - дополнительное пассивирующее покрытие - слой нитрида кремния Si3N4 - 12,
- контактный слой нитрида галлия GaN - 13,
- меза-изоляция активной области полевого транзистора - 14.
Примеры конкретной реализации заявленного способа.
Заявленный способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия предусматривает.
1. Формирование на лицевой поверхности заданной подложки заданной полупроводниковой гетероструктуры на основе нитрида галлия в виде последовательности основных слоев и соответственно материала каждого из них, при этом, по меньшей мере, один из которых является узкозонным и один - широкозонным материалом, с заданными их параметрами.
2. Формирование, по меньшей мере, одной заданной топологии элементов активной области полевого транзистора на заданных слоях полупроводниковой гетероструктуры.
3. В процессе реализации способа - использование традиционных (классических) технологических операций технологических процессов (методов) изготовления тонкопленочной технологии.
Пример 1.
На лицевой стороне заданной подложки 1, выполненной из диэлектрического материала - карбида кремния (SiC), толщиной 100,0×10-9 м (Марка 4H), которая имеет достаточную согласованность с материалом прилегающего буферного слоя нитрида галлия GaN 9 полупроводниковой гетероструктуры 2 по параметрам кристаллической решетки и температурному коэффициенту линейного расширения - (5-6)×10-6 К-1 для SiC, 3,3-7,2×10-6 К-1 для GaN).
Осуществляют формирование заданной полупроводниковой гетероструктуры 2 и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления полевого транзистора, при этом в два этапа.
На первом этапе.
Формируют прямую последовательность следующих основных слоев полупроводниковой гетероструктуры:
- буферного слоя нитрида галлия GaN 9, толщиной 2,5×10-6 м - узкозонного,
- слоя нитрида алюминия AlN 10, толщиной 0,6×10-9 м - широкозонного,
- барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN 11, где Х равно 0,25, толщиной менее 10,0×10-9 м - широкозонного.
При этом каждый из указанных выше слоев полупроводниковой гетероструктуры формируют посредством метода осаждения металлоорганических соединений из газообразной фазы (MOCVD) соответствующего состава - триметилгаллия, триметилалюминия.
Далее формируют дополнительное пассивирующее покрытие - слой нитрида кремния Si3N4 12, толщиной 7,5×10-9 м, на лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN 11, посредством PECVD.
При этом последние слои (9, 10, 11 и 12) формируют в едином технологическом процессе.
Далее формируют заданную - иную топологию элементов активной области полевого транзистора 3 на лицевой поверхности баръерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN 11 полупроводниковой гетероструктуры при одновременном определении расположения активной области щели под электрод затвора 7, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении 3,2 Па.
На втором этапе.
Формируют контактный слой нитрида галлия GaN 13 полупроводниковой гетерострултуры 2, в области расположения электродов истока 5 и стока 6 соответственно, на глубине равной сумме толщин упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры, сформированных на первом этапе, - от лицевой поверхности баръерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN 11 и до 2,4×10-6 м от обратной поверхности буферного слоя нитрида галлия GaN 9, посредством метода осаждения металлоорганических соединений из газообразной фазы (MOCVD) соответствующего состава - триметилгаллия, при одновременном легировании контактного слоя нитрида галлия GaN 13 донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси 1018,5 см-3.
Далее формируют меза-изоляцию активной области полевого транзистора 14, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па.
Далее формируют омические контакты электродов истока 5 и стока 6 на контактном слое нитрида галлия GaN 13 из прямой последовательности системы металлических слоев материалов титан Ti-платина Pt-золото Au, толщиной (3×10-9-10-8-3×10-7 м.) соответственно посредством методов обратной литографии и термического испарения.
Далее формируют:
а) щель под электрод затвора 7, согласно иной топологии элементов активной области полевого транзистора 3, посредством технологических операций методов электронной литографии и нанесения последовательности диэлектрического (Si3N4) и проводящего слоев (Al), и
б) сам электрод затвора 7 типа барьера Шоттки из прямой последовательности системы металлических слоев материалов никель Ni-золото Au общей толщиной 0,33×10-6 м, Δ-образной конфигурации, посредством методов обратной литографии и термического испарения.
Далее формируют пассивирующее покрытие 8 из диэлектрического материала нитрида кремния Si3N4 одновременно на всей лицевой поверхности элементов активной области полевого транзистора, толщиной 75,0×10-9 м, с обеспечением защиты электродов истока 5, стока 6, канала 4, и электрода затвора 7.
Примеры 2-6. Аналогично примеру 1 изготовлены образцы мощных полевых транзисторов СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, но при других конструкционных параметрах и технологических режимах, указанных в формуле изобретения (примеры 2-3, 6), и за ее пределами (примеры 4-5).
Пример 7 - прототип.
На изготовленных образцах измерены:
Удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока ( ρ), Ом×мм посредством метода длинных линий (TLМ метод).
Выходная мощность (Рвых.), Вт, посредством ваттметра (СМЗ010);
коэффициент усиления (КУ) посредством анализатора цепей (Agilent Technologies PNA Network Analyzer);
коэффициент шума (Кш), дБ посредством индикатора коэффициента шума (Х5-2 (ИКШ-2), при этом на частоте 10 ГГц.
Данные представлены в таблице.
Как видно из таблицы образцы мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, изготовленные согласно формулы изобретения заявленного способа (примеры 1-3, 6) имеют:
удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока (0,1, 0,15, 0,15, 0,1) Ом×мм.
выходную мощность (5,3, 4,8, 4,85, 6,1) Вт,
коэффициент усиления (15,0, 12,0, 12,5, 15,0), дБ,
коэффициент шума (1,7, 2,0, 2,01, 1,6) дБ.
В отличие от образцов, выполненных за пределами формулы изобретения (примеры 4-5), которые имеют примерно - удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока 0,3 Ом×мм, выходную мо-щность 3,2 Вт, коэффициент усиления 7,0 дБ, коэффициент шума 2,2 дБ.
Таким образом, заявленный способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия обеспечивает достаточно высокие значения электрических параметров:
выходной мощности, примерно 5,3 Вт,
коэффициента усиления, примерно 15 дБ, и
достаточно низкие значения:
коэффициента шума, примерно 1,7 дБ.
Следует отметить, что мощный полевой транзистор СВЧ, изготовленный согласно заявленному способу с достаточно высокими значениями выше указанных основных электрических параметров, может быть использован в качестве объекта по импортозамещению аналогичных изделий, что на сегодня чрезвычайно актуально.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия | 2021 |
|
RU2782307C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНОГО ТРАНЗИСТОРА С НЕВПЛАВНЫМИ ОМИЧЕСКИМИ КОНТАКТАМИ | 2022 |
|
RU2800395C1 |
| МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ | 2014 |
|
RU2563545C1 |
| МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ | 2021 |
|
RU2781044C1 |
| МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ | 2014 |
|
RU2563319C1 |
| Способ изготовления полевого транзистора СВЧ | 2023 |
|
RU2806808C1 |
| Гетероструктурный полевой транзистор на основе нитрида галлия с улучшенной температурной стабильностью вольт-амперной характеристики | 2016 |
|
RU2646536C1 |
| МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ | 2015 |
|
RU2599275C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА СВЧ С БАРЬЕРОМ ШОТТКИ | 2022 |
|
RU2793658C1 |
| МОЩНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СВЧ | 2014 |
|
RU2563533C2 |
Изобретение относится к электронной технике СВЧ. Способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия согласно изобретению включает формирование на лицевой поверхности подложки полупроводниковой гетероструктуры на основе нитрида галлия в виде последовательности слоев, формирование заданной топологии элементов активной области полевого транзистора на слоях полупроводниковой гетероструктуры, предусматривающей формирование канала в виде двумерного электронного газа вблизи гетерограницы слоев узкозонного и широкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры, омических контактов электродов истока и стока, щели под электрод затвора, самого электрода затвора типа барьера Шоттки, формирование пассивирующего покрытия из диэлектрического материала, при этом формирование полупроводниковой гетероструктуры на подложке и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления в целом осуществляют в два этапа, на первом этапе осуществляют формирование прямой последовательности слоев полупроводниковой гетероструктуры – буферного слоя GaN толщиной (2,0-3,0)×10-6 м, слоя AlN толщиной (0,5-0,7)×10-9 м, барьерного слоя AlxGa1-xN, где х равно 0,24-0,26, толщиной менее 25,0×10-9 м, дополнительного пассивирующего покрытия Si3N4 на лицевой поверхности барьерного слоя AlxGa1-xN толщиной (5,0-10,0)×10-9 м, при этом вышеупомянутые слои формируют в едином технологическом процессе, формирование топологии элементов активной области полевого транзистора на лицевой поверхности барьерного слоя AlxGa1-xN, при одновременном определении расположения активной области щели под электрод затвора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов – Cl2 и BCl3, при их соотношении 1:9 соответственно, давлении 3,1-3,3 Па, на втором этапе осуществляют формирование контактного слоя полупроводниковой гетероструктуры, в виде GaN, в области расположения электродов истока и стока соответственно на глубине, равной сумме толщин упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры, сформированных на первом этапе, от лицевой поверхности барьерного слоя AlxGa1-xN и до (1,9-2,9)×10-6 м от обратной поверхности буферного слоя GaN, при одновременном легировании контактного слоя GaN донорной примесью кремния Si с концентрацией легирующей примеси 1019-1020 см-3, формирование меза-изоляции активной области полевого транзистора посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов – Cl2 и BCl3, при их соотношении 1:9 соответственно, давлении 3,1-3,3 Па, омических контактов электродов истока и стока на лицевой поверхности упомянутого контактного слоя в виде GaN, щели под электрод затвора согласно иной топологии элементов активной области полевого транзистора и самого электрода затвора, пассивирующего покрытия одновременно на всей лицевой поверхности активной области полевого транзистора толщиной (50-100)×10-9 м, с обеспечением защиты электродов истока, стока, канала и электрода затвора. Изобретение обеспечивает повышение выходной мощности и коэффициента усиления, снижение коэффициента шума, повышение качества, упрощение способа изготовления. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
1. Способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, включающий
формирование на лицевой поверхности заданной подложки заданной полупроводниковой гетероструктуры на основе нитрида галлия в виде последовательности основных слоев и соответственно материала каждого из них, при этом по меньшей мере один из которых является узкозонным и один - широкозонным материалом, с заданными их параметрами,
формирование по меньшей мере одной заданной топологии элементов активной области полевого транзистора на заданных слоях полупроводниковой гетероструктуры, предусматривающей формирование:
канала в виде двумерного электронного газа вблизи гетерограницы слоев узкозонного и широкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры,
омических контактов электродов истока и стока посредством технологических операций методов литографии и нанесения последовательности металлических слоев,
щели под электрод затвора посредством технологических операций методов электронной литографии и нанесения последовательности диэлектрических и проводящих слоев,
самого электрода затвора типа барьера Шоттки, заданной конфигурации, посредством нанесения последовательности металлических слоев,
формирование пассивирующего покрытия из диэлектрического материала заданной толщины,
отличающийся тем, что
формирование заданной полупроводниковой гетероструктуры на заданной подложке и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления в целом осуществляют в два этапа, при этом:
на первом этапе осуществляют формирование:
прямой последовательности следующих слоев полупроводниковой гетероструктуры - буферного слоя нитрида галлия GaN толщиной (2,0-3,0)×10-6 м, слоя нитрида алюминия AlN толщиной (0,5-0,7)×10-9 м, барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, где Х равно 0,24-0,26, толщиной менее 25,0×10-9 м,
дополнительного пассивирующего покрытия - слоя нитрида кремния Si3N4, на лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN толщиной (5,0-10,0)×10-9 м, при этом вышеупомянутые слои формируют в едином технологическом процессе,
заданной - иной топологии элементов активной области полевого транзистора, на лицевой поверхности баръерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, при одновременном определении расположения активной области щели под электрод затвора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении 1:9 соответственно, давлении 3,1-3,3 Па,
на втором этапе осуществляют формирование:
контактного слоя нитрида галлия GaN полупроводниковой гетероструктуры в области расположения электродов истока и стока соответственно на глубине, равной сумме толщин упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры, сформированных на первом этапе, - от лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN и до (1,9-2,9)×10-6 м от обратной поверхности буферного слоя нитрида галлия GaN, при одновременном легировании контактного слоя нитрида галлия GaN донорной примесью кремния Si с концентрацией легирующей примеси 1019-1020 см-3,
меза-изоляции активной области полевого транзистора посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении 1:9 соответственно, давлении 3,1-3,3 Па,
омических контактов электродов истока и стока на лицевой поверхности контактного слоя нитрида галлия GaN,
щели под электрод затвора согласно иной топологии элементов активной области полевого транзистора и самого электрода затвора,
пассивирующего покрытия одновременно на всей лицевой поверхности активной области полевого транзистора толщиной (50-100)×10-9 м, с обеспечением защиты электродов истока, стока, канала и электрода затвора.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют подложку из полупроводникового либо диэлектрического материала максимально согласованного с материалом прилегающего слоя - буферного слоя нитрида галлия GaN по параметрам кристаллической решетки и температурному коэффициенту линейного расширения.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование слоев полупроводниковой гетероструктуры на первом и на втором этапах осуществляют посредством метода осаждения металлоорганических соединений из газообразной фазы (MOCVD) соответствующего состава.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что омические контакты электродов истока и стока формируют посредством нанесения прямой последовательности металлических слоев материалов титан Ti-платина Pt-золото Au методом электронно-лучевого напыления либо методом термического испарения.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрод затвора формируют Т-образной, либо Г-образной, либо Δ-образной конфигурации посредством нанесения прямой последовательности металлических слоев материалов никель Ni-золото Au.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пассивирующее покрытие формируют из диэлектрического материала нитрида кремния Si3N4.
| Способ увеличения управляющего напряжения на затворе GaN транзистора | 2017 |
|
RU2669265C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЩНОГО НИТРИД-ГАЛЛИЕВОГО ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА | 2017 |
|
RU2668635C1 |
| Способ изготовления СВЧ полевого мощного псевдоморфного транзистора | 2016 |
|
RU2633724C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ТРАНЗИСТОРА С НАНОМЕТРОВЫМИ ЗАТВОРАМИ | 2014 |
|
RU2578517C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЩНОГО СВЧ-ТРАНЗИСТОРА | 2013 |
|
RU2534442C1 |
| EP 3584841 A1, 25.12.2019 | |||
| CN 107863291 A, 30.03.2018 | |||
| US 20130069129 A1, 21.03.2013. | |||
