Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре с квантовыми барьерами Российский патент 2025 года по МПК H10D30/47 

Описание патента на изобретение RU2838367C1

Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно полевым транзисторам СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре, и предназначено для разработки и производства широкого класса устройств электронной техники СВЧ, в том числе радиолокационных устройств СВЧ.

Существенный прогресс в части повышения электрических параметров полевых транзисторов СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре обеспечивают так называемые транзисторы с высокой подвижностью электронов (НЕМТ - High Electron Mobility Transistor). Область с электронной проводимостью в таких транзисторах состоит из легированного донорными примесями широкозонного слоя и нелегированного узкозонного слоя.

Это обеспечивает существенное повышение - рабочей частоты до 100 ГГц, удельной выходной мощности СВЧ до 1-1,1 Вт/мм, коэффициента усиления до 10 дБ на рабочей частоте 10 ГГц.

Известен мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре, содержащий полупроводниковую подложку и последовательность, по меньшей мере, одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материала с заданными характеристиками полупроводниковой гетероструктуры типа AlGaAs-InGaAs-GaAs, электроды истока, затвора, стока, расположенные на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры, в котором для увеличения удельной выходной мощности и коэффициента усиления упомянутая полупроводниковая гетероструктура выполнена в виде последовательности следующих основных слоев: по меньшей мере, одного буферного слоя GaAs толщиной не менее 200 нм, группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя InyGa1-yAs толщиной 12-18 нм и, по меньшей мере, двух дельта легированных донорной примесью δn слоев с поверхностной плотностью доноров (2-10)×1012 см-2 и двух спейсерных i слоев AlxGa1-xAs толщиной каждый 1-3 нм, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя, двух групп барьерных слоев AlxGa1-xAs, каждая в виде i-р-i системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная, при этом барьерные слои в каждой i-р-i системе имеют толщину (100-200, 4-15, 2-10) нм в подложечной, (2-10, 4-10, 4-15) нм в затворной соответственно, уровень легирования акцепторной примесью (4-20)×1018 см-3 соответственно, барьерного слоя i-GaAs толщиной 5-30 нм, слоя омического контакта n+-GaAs толщиной (10-60) нм электродов истока и стока [Патент РФ на изобретение № 2563545 «Мощный полевой транзистор СВЧ», дата приоритета 27.06.2014, МПК H01L 29/80, B82B/00, опубл. 20.09.2015, бюл. № 26, авторы: В.Г. Лапин, В.М. Лукашин, А.Б. Пашковский, К.С. Журавлев].

Данный полевой транзистор СВЧ имеет достаточно высокий уровень выходной мощности (примерно 1,2 Вт - удельная выходная мощность примерно 1,5 Вт/мм) и коэффициента усиления (примерно 11,0 дБ) на рабочей частоте 10 ГГц).

Однако указанный уровень (значения) коэффициента усиления является недостаточным в ряде случаев его применения и соответственно ограничивают область его применения (использования).

Известен мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре, содержащий полупроводниковую подложку, буферный слой, последовательность, по меньшей мере, одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры типа AlGaAs-InGaAs-GaAs с заданными характеристиками в виде:

группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя, в виде, по меньшей мере, одного слоя InyGa1-yAs, с разными значениями химического элемента y, по меньшей мере, двух легированных донорной примесью δn-слоев и двух нелегированных примесью спейсерных i-слоев, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя, двух групп барьерных слоев AlxGa1-xAs, каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная, при этом подложечная выполнена в виде акцепторно-донорной системы барьерных слоев AlxGa1-xAs, электроды истока, затвора, стока, расположенные на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры; затворная группа барьерных слоёв выполнена в виде донорно-акцепторной системы барьерных слоев AlxGa1-xAs, либо донорной системы барьерных слоев AlxGa1-xAs, подложечная, равно как и затворная группы барьерных слоёв полупроводниковой гетероструктуры, каждая дополнительно содержит, по меньшей мере, два барьерных слоя i-AlAs, каждый толщиной 2-6 атомных монослоёв, при этом которые, в каждой упомянутой группе барьерных слоёв, разделены между собой, по меньшей мере, одним слоем узкозонного материала AlxGa1-xAs, с мольной долей химического элемента Al х менее 0,4, толщиной, равной или более 2 атомных монослоёв [Патент РФ на изобретение № 2799735 «Мощный полевой транзистор СВЧ на гетероструктуре», дата приоритета 27.01.2023, МПК H01L29/80, B82B/00, опубл. 11.07.2023, бюл. № 20, авторы: А.Б. Пашковский, Богданов С.А., Бакаров А.К., К.С. Журавлев, В.Г. Лапин, В.М. Лукашин, С.Н. Карпов, И.А. Рогачев, Е.А. Терешкин. Принят за прототип].

Данный полевой транзистор СВЧ имеет достаточно высокий уровень выходной мощности (примерно 1,4 Вт - удельная выходная мощность примерно 1,7 Вт/мм) и коэффициента усиления (примерно 15,5 дБ) на рабочей частоте 10 ГГц).

Однако этот транзистор при высоком коэффициенте усиления имеет ограничения по удельной мощности.

Технический результат заявляемого технического решения - повышение удельной выходной мощности мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре при сохранении коэффициента усиления.

Технический результат достигается тем, что в мощном полевом транзисторе СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре с квантовыми барьерами, содержащем полупроводниковую подложку, буферный слой, последовательность, по меньшей мере, одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры типа AlGaAs-InGaAs-GaAs с заданными характеристиками в виде:

группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя, в виде, по меньшей мере, одного слоя InyGa1-yAs, с разными значениями химического элемента y,

по меньшей мере, двух систем легированных донорной примесью и двух нелегированных примесью спейсерных i-слоев, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя,

двух групп барьерных слоев AlxGa1-xAs, каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная, другая - с противоположной стороны - затворная, при этом подложечная выполнена в виде акцепторно-донорной системы барьерных слоев AlxGa1-xAs,

затворная группа барьерных слоёв выполнена в виде донорно-акцепторной системы барьерных слоев AlxGa1-xAs, либо донорной системы барьерных слоев AlxGa1-xAs,

полупроводниковая гетероструктура содержит по меньшей мере два квантовых барьерных слоя i-AlAs толщиной 2-6 атомных монослоёв каждый, расположенных независимо между канальным слоем InyGa1-yAs и легированным акцепторами слоем со стороны подложки и по меньшей мере два квантовых барьерных слоя i-AlAs толщиной 2-6 атомных монослоёв каждый, расположенных независимо между канальным слоем InyGa1-yAs и легированным акцепторами слоем со стороны затвора, или поверхностью гетероструктуры при его отсутствии и разделеных между собой, по меньшей мере, одним слоем узкозонного материала GaAs либо AlxGa1-xAs, с мольной долей химического элемента Al х менее 0,4, толщиной, равной или более 2 атомных монослоёв,

электроды истока, затвора, стока, расположенные на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры.

При этом в канальном слое расположена по меньшей мере одна дополнительная система легированных донорной примесью слоёв, отделенная от канала с каждой стороны барьерным слоем AlxGa1-xAs толщиной не менее 1 нм с мольной долей химического элемента 0,05 < Al х < 0,4 или по меньшей мере одним барьерным слоем i-AlAs толщиной 2-6 атомных монослоев или сочетанием барьерных слоев AlxGa1-xAs и i-AlAs, причем слои i-AlAs разделёны между собой по меньшей мере одним слоем узкозонного материала GaAs толщиной не менее 2 атомных монослоёв или AlxGa1-xAs с мольной долей химического элемента Al х < 0,4 толщиной не менее 2 атомных монослоёв, а между дополнительной системой легированных донорной примесью слоёв и барьерными слоями по крайней мере с одной стороны расположен нелегированный слой GaAs.

При этом дополнительная система легированных донорной примесью слоёв содержит по крайней мере один объемный легированный слой или δn-слой или по крайней мере один объемный легированный слой и один δn-слой. Дополнительная система легированных донорной примесью слоёв содержит нелегированные слои.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Введение в канальный слой по меньшей мере одной дополнительной системы легированных донорной примесью слоёв обеспечивает повышение до двух раз поверхностной плотности электронов, а значит и тока, протекающего через транзистор, что соответственно увеличивает его удельную выходную мощность.

Отделение дополнительной системы легированных донорной примесью слоёв от канала с каждой стороны барьерным слоем AlxGa1-xAs толщиной не менее 1 нм с мольной долей химического элемента 0,05 < Al х < 0,4 или по меньшей мере одним барьерным слоем i-AlAs толщиной 2-6 атомных монослоев или сочетанием барьерных слоев AlxGa1-xAs и i-AlAs, причем слои i-AlAs разделёны между собой по меньшей мере одним слоем узкозонного материала GaAs толщиной не менее 2 атомных монослоёв или AlxGa1-xAs с мольной долей химического элемента Al х < 0,4 толщиной не менее 2 атомных монослоёв, обеспечивает локализацию электронов в канале на высоком уровне (до 99,0 процентов) что обеспечивает высокую подвижность электронов в канале, а значит и коэффициент усиления транзистора.

Введение нелегированного слоя GaAs между системой легированных слоёв и барьерными слоями предотвращает диффузию донорной примеси в барьерные слои и через них в канал, уменьшая тем самым рассеяние электронов канала на донорной примеси и соответственно увеличивая подвижность электронов в канале.

Барьерные слои i-AlAs, находящиеся в канале полупроводниковой гетероструктуры, толщиной как менее 2, так и более 6 атомных монослоёв из-за изменения свойств потенциального барьера снижают коэффициент усиления и выходную мощность, поэтому указанная ширина слоев i-AlAs является оптимальной. Увеличение или уменьшение толщины за указанные пределы нецелесообразно.

Выполнение барьерного слоя AlxGa1-xAs толщиной менее 1 нм с мольной долей химического элемента Al х более 0,05 и менее 0,4 нецелесообразно из-за усиления рассеяния электронов в легирующем слое и соответствующем падении коэффициента усиления.

Выполнение слоя узкозонного материала AlxGa1-xAs с мольной долей химического элемента Al х более 0,4 недопустимо из-за существенного изменения физических свойств вышеуказанного материала (резкого снижения рабочего тока в группе проводящих слоёв).

Выполнение разделительного слоя узкозонного материала GaAs либо AlxGa1-xAs с мольной долей химического элемента Al х менее 0,4 толщиной менее 2 атомных монослоёв нежелательно из-за снижения функциональности (разделительных свойств) слоя узкозонного материала AlxGa1-xAs.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлен фрагмент заявленного мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре с квантовыми барьерами, где:

- полупроводниковая подложка - 1,

- буферный слой - 2,

- последовательность, по меньшей мере, одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры, с заданными характеристиками - 3 в виде:

- группы проводящих слоев - 4, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя в виде, по меньшей мере, одного слоя InyGa1-yAs, с разными значениями химического элемента In y,

- двух систем легированных донорной примесью слоёв в виде δn-слоев - 5 (а, б) и двух нелегированных примесью спейсерных i-слоев - 6 (а, б), попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя 4 соответственно,

- двух групп барьерных слоев AlxGa1-xAs - 7 (а, б), каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная 7 а, другая - с противоположной стороны - затворная 7 б,

- электроды истока, затвора, стока - 8, 9, 10 соответственно, расположенные на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры 3,

- четыре барьерных слоя i-AlAs - 11 (а, б, в, г), попарно расположенные в подложечной 7 а и затворной 7 б группах барьерных слоев соответственно,

- два слоя узкозонного материала i-GaAs - 12 (а, б), по одному расположенные в подложечной 7 а и затворной 7 б группах барьерных слоев соответственно

- группы вводимых внутриканальных слоёв (13) в составе системы легированной донорной примесью слоёв в виде δn-слоя - 14, отделённого от канала с каждой стороны барьерным слоем i-AlAs (15а, б).

На фиг. 2 дан заявленный мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре, когда:

затворная группа барьерных слоёв выполнена в виде донорной системы барьерных слоев AlxGa1-xAs;

- шесть барьерных слоев i-AlAs - 11 (а, б, в, г, д, е), расположены в подложечной 7 а и затворной 7 б группах барьерных слоев соответственно,

- два слоя узкозонного материала i-GaAs - 12 (а, б), по одному расположенные в подложечной 7 а и затворной 7 б группах барьерных слоев соответственно.

- группы вводимых внутриканальных слоёв (13) в составе легированной донорной примесью δn-слоя - 14, отделённого от канала с каждой стороны двумя барьерным слоем i-AlAs (15а, б, в, г), разделёнными слоем узкозонного материала i-GaAs (16а, б).

Устройство работает следующим образом. На электрод затвора 9 подается сигнал, на электроды истока 8 и стока 10 - постоянное напряжение. Сигнал затвора модулирует поверхностную плотность электронов в канале 4 транзистора, который сформирован на гетероструктуре 3. Гетероструктура 3 сформирована на подложке 1 с буферным слоем 2 и включает в себя легированные донорной примесью δn-слои 5, нелегированные примесью спейсерные i-слои 6, барьерные слои 7. Введение в гетероструктуру дополнительной системы слоев 13 с квантовыми барьерами позволяет увеличить поверхностную плотность электронов в канале без падения их подвижности, что приводит к увеличению тока транзистора, а соответственно его выходной мощности без падения коэффициента усиления. С электрода стока 10 снимается усиленный сигнал.

Для различных вариантов мощного полевого транзистора, указанных ниже, были рассчитаны:

- удельная выходная мощность, Вт/мм;

- коэффициент усиления, дБ на рабочей частоте 10.

Расчёт удельной мощности и коэффициентов усиления проведен по модели [см. А.Б. Пашковский, А.С. Богданов, В.М. Лукашин, С.И. Новиков «Нелокальная динамика электронов в транзисторных гетероструктурах с донорно-акцепторным легированием» // Микроэлектроника, 2020, том 49, № 3, с. 210-225].

Пример 1. Мощный полевой транзистор СВЧ на гетероструктуре с квантовыми барьерами спроектирован следующим образом. На полупроводниковой подложке арсенида галлия GaAs 1, толщиной 100 мкм формируют:

буферный слой 2, в виде системы GaAs - AlxGa1-xAs слоёв.

- последовательность, по меньшей мере, одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры, с заданными характеристиками - 3 в виде:

- группы проводящих слоев - 4, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя в виде, по меньшей мере, одного слоя InyGa1-yAs, с разными значениями химического элемента In y,

- двух легированных донорной примесью δn-слоев (кремний Si) - 5 (а, б) и двух нелегированных примесью спейсерных i-слоев - 6 (а, б), попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя 4 соответственно,

- двух групп барьерных слоев AlxGa1-xAs - 7 (а, б), каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев - подложечная 7 а, в виде акцепторно-донорной (бор В - кремний Si соответственно) системы барьерных слоев AlxGa1-xAs, другая - с противоположной стороны - затворная 7 б группа барьерных слоёв в виде донорно системы барьерных слоев AlxGa1-xAs.

- электроды истока, затвора, стока - 8, 9, 10 соответственно, расположенные на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры 3,

- четыре барьерных слоя i-AlAs - 11 (а, б, в, г), попарно расположенные в подложечной 7 а и затворной 7 б группах барьерных слоев соответственно, акцепторная примесь бор - В.

- два слоя узкозонного материала i-GaAs - 12 (а, б), по одному расположенные в подложечной 7 а и затворной 7 б группах барьерных слоев соответственно

- группы вводимых внутриканальных слоёв (13) в составе легированной донорной примесью δn-слоя - 14, отделённого от канала с каждой стороны барьерным слоем i-AlAs (15а, б).

Далее формируют электроды истока 8, затвора 9, стока 10 на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры 3. (Вариант 1), когда затворная 7 б группа барьерных слоёв выполнена в виде донорной системы барьерных слоев AlxGa1-xAs).

При этом заявленный мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре выполнен посредством традиционных (классических) технологических операций методов (процессов) изготовления тонкопленочной технологии.

Пример 2: то же что и в примере 1, но дополнительно введены барьерные слои i-AlAs в группе барьерных затворных и подложечных слоёв, и два дополнительных барьерных слоя i-AlAs вокруг δn-слоя, разделенные от барьерных слоёв i-AlAs слоями GaAs толщиной по 4 монослоя.

Примеры 3, 4, 5. Мощные полевые транзисторы СВЧ на гетероструктуре с квантовыми барьерами спроектированы аналогично примерам 1, 2, но при других конструкционных параметрах.

Пример 6 выполнен согласно формуле изобретения, когда затворная 7 б группа барьерных слоёв выполнена в виде донорной системы барьерных слоев AlxGa1-xAs имеющих

- двенадцать барьерных слоев i-AlAs - 11, попарно расположенные в подложечной 7 а и затворной 7 б группах барьерных слоев соответственно,

- двенадцать слоёв узкозонного материала GaAs - 12, по одному расположенных между барьерными слоями 11 в подложечной 7 а и затворной 7 б группах барьерных слоев соответственно.

Пример 7 соответствует образцу прототипа.

Данные по образцам 1-7 сведены в таблицу 1 (см. в графической части). Анализ полученных результатов показал, что образцы мощного полевого транзистора СВЧ, спроектированные по заявляемому техническому решению (примеры 1, 2, 3 и 6 и), имеют значения коэффициента усиления на уровне (12,5-15,5) дБ, в то время как образцы по примерам 4 и 5 имеют значения коэффициента усиления на уровне (10,5) дБ, при этом значения удельной выходной мощности составляет примерно (3,0-3,5) Вт/мм.

Таким образом, заявляемый мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре типа AlGaAs-InGaAs-GaAs с квантовыми барьерами обеспечивает повышение удельной выходной мощности до полутора раз при сохранении коэффициента усиления, что подтверждает достижение заявленного технического результата.

Похожие патенты RU2838367C1

название год авторы номер документа
МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ 2023
  • Пашковский Андрей Борисович
  • Богданов Сергей Александрович
  • Бакаров Асхат Климович
  • Журавлев Константин Сергеевич
  • Лапин Владимир Григорьевич
  • Лукашин Владимир Михайлович
  • Карпов Сергей Николаевич
  • Рогачев Илья Александрович
  • Терешкин Евгений Валентинович
RU2799735C1
МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ 2023
  • Пашковский Андрей Борисович
  • Богданов Сергей Александрович
  • Карпов Сергей Николаевич
  • Терешкин Евгений Валентинович
RU2813354C1
Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре 2024
  • Пашковский Андрей Борисович
  • Богданов Сергей Александрович
  • Карпов Сергей Николаевич
  • Котекин Роман Александрович
RU2835784C1
МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ 2015
  • Лапин Владимир Григорьевич
  • Лукашин Владимир Михайлович
  • Петров Константин Игнатьевич
  • Пашковский Андрей Борисович
  • Журавлев Константин Сергеевич
RU2599275C1
МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ 2014
  • Лапин Владимир Григорьевич
  • Лукашин Владимир Михайлович
  • Пашковский Андрей Борисович
  • Журавлев Константин Сергеевич
RU2563319C1
МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ 2014
  • Лапин Владимир Григорьевич
  • Лукашин Владимир Михайлович
  • Пашковский Андрей Борисович
  • Журавлев Константин Сергеевич
RU2563545C1
МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ 2021
  • Пашковский Андрей Борисович
  • Лапин Владимир Григорьевич
  • Лукашин Владимир Михайлович
  • Маковецкая Алена Александровна
  • Богданов Сергей Александрович
  • Терешкин Евгений Валентинович
  • Журавлев Константин Сергеевич
RU2781044C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ГЕТЕРОСТРУКТУРА 2014
  • Бажинов Анатолий Николаевич
  • Духновский Михаил Петрович
  • Обручников Александр Евгеньевич
  • Пёхов Юрий Петрович
  • Яцюк Юрий Андреевич
RU2563544C1
Гетероэпитаксиальная структура для полевых транзисторов 2017
  • Протасов Дмитрий Юрьевич
  • Бакаров Асхат Климович
  • Торопов Александр Иванович
  • Журавлев Константин Сергеевич
RU2649098C1
МОДУЛИРОВАННО-ЛЕГИРОВАННЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР 2013
  • Аветисян Грачик Хачатурович
  • Дорофеев Алексей Анатольевич
  • Колковский Юрий Владимирович
  • Миннебаев Вадим Минхатович
RU2539754C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 838 367 C1

Реферат патента 2025 года Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре с квантовыми барьерами

Использование: для разработки полевых транзисторов СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре. Сущность изобретения заключается в том, что мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре с квантовыми барьерами содержит полупроводниковую подложку, буферный слой, последовательность, по меньшей мере, одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры типа AlGaAs-InGaAs-GaAs с заданными характеристиками, при этом в канальном слое расположена по меньшей мере одна дополнительная система легированных донорной примесью слоёв, отделенная от канала с каждой стороны барьерным слоем AlxGa1-xAs толщиной не менее 1 нм с мольной долей химического элемента 0,05 < Al х < 0,4, или по меньшей мере одним барьерным слоем i-AlAs толщиной 2-6 атомных монослоев, или сочетанием барьерных слоев AlxGa1-xAs и i-AlAs, причем слои i-AlAs разделёны между собой по меньшей мере одним слоем узкозонного материала GaAs толщиной не менее 2 атомных монослоёв или AlxGa1-xAs с мольной долей химического элемента Al х < 0,4 толщиной не менее 2 атомных монослоёв, а между дополнительной системой легированных донорной примесью слоёв и барьерными слоями по крайней мере с одной стороны расположен нелегированный слой GaAs. Технический результат - повышение удельной выходной мощности мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре при сохранении коэффициента усиления. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 838 367 C1

1. Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре с квантовыми барьерами, содержащий полупроводниковую подложку, буферный слой, последовательность, по меньшей мере, одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры типа AlGaAs-InGaAs-GaAs с заданными характеристиками в виде:

группы проводящих слоев, формирующих канал полевого транзистора, в составе собственно канального слоя, в виде, по меньшей мере, одного слоя InуGa1-уAs, с разными значениями химического элемента y,

по меньшей мере, двух систем, легированных донорной примесью, и двух нелегированных примесью спейсерных i-слоев, попарно расположенных по обе стороны собственно канального слоя,

двух групп барьерных слоев AlхGa1-хAs, каждая в виде системы барьерных слоев, одна из которых расположена с одной стороны группы проводящих слоев – подложечная, другая – с противоположной стороны – затворная, при этом подложечная выполнена в виде акцепторно-донорной системы барьерных слоев AlхGa1-хAs,

затворная группа барьерных слоёв выполнена в виде донорно-акцепторной системы барьерных слоев AlхGa1-хAs либо донорной системы барьерных слоев AlхGa1-хAs,

полупроводниковая гетероструктура содержит, по меньшей мере, два квантовых барьерных слоя i-AlAs толщиной 2-6 атомных монослоёв каждый, расположенных независимо между канальным слоем InуGa1-уAs и легированным акцепторами слоем со стороны подложки, и, по меньшей мере, два квантовых барьерных слоя i-AlAs толщиной 2-6 атомных монослоёв каждый, расположенных независимо между канальным слоем InуGa1-уAs и легированным акцепторами слоем со стороны затвора или поверхностью гетероструктуры при его отсутствии и разделенных между собой, по меньшей мере, одним слоем узкозонного материала GaAs либо AlхGa1-хAs, с мольной долей химического элемента Al х менее 0,4, толщиной, равной или более 2 атомных монослоёв,

электроды истока, затвора, стока, расположенные на наружной поверхности полупроводниковой гетероструктуры,

отличающийся тем, что

в канальном слое расположена, по меньшей мере, одна дополнительная система легированных донорной примесью слоёв, отделенная от канала с каждой стороны барьерным слоем AlхGa1-хAs толщиной не менее 1 нм с мольной долей химического элемента 0,05 < Al х < 0,4, или, по меньшей мере, одним барьерным слоем i-AlAs толщиной 2-6 атомных монослоев, или сочетанием барьерных слоев AlхGa1-хAs и i-AlAs, причем слои i-AlAs разделены между собой, по меньшей мере, одним слоем узкозонного материала GaAs толщиной не менее 2 атомных монослоёв или AlхGa1-хAs с мольной долей химического элемента Al х < 0,4, толщиной не менее 2 атомных монослоёв, а между дополнительной системой легированных донорной примесью слоёв и барьерными слоями по крайней мере с одной стороны расположен нелегированный слой GaAs.

2. Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре по п.1, отличающийся тем, что дополнительная система легированных донорной примесью слоёв содержит по крайней мере один объемный легированный слой или δn-слой.

3. Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре по п.1, отличающийся тем, что дополнительная система легированных донорной примесью слоёв содержит по крайней мере один объемный легированный слой и один δn-слой.

4. Мощный полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре по п.1, отличающийся тем, что дополнительная система легированных донорной примесью слоёв содержит нелегированные слои.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2025 года RU2838367C1

"Исследование динамики горячих электронов в полевых транзисторах на гетероструктурах с донорно−акцепторным легированием для разработки перспективных СВЧ усилителей мощности", Маковецкая Алёна Александровна, АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ИСТОК" ИМЕНИ А.И
ШОКИНА", 2018
МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ 2023
  • Пашковский Андрей Борисович
  • Богданов Сергей Александрович
  • Карпов Сергей Николаевич
  • Терешкин Евгений Валентинович
RU2813354C1
US 6133593 A,

RU 2 838 367 C1

Авторы

Пашковский Андрей Борисович

Богданов Сергей Александрович

Карпов Сергей Николаевич

Котекин Роман Александрович

Даты

2025-04-14Публикация

2024-09-12Подача