Интегральная схема на основе арсенида галлия Советский патент 1993 года по МПК H01L27/98 

00

о

GN

Јк Ю

ы

Использование: в интегральных цифровых схемах на GaAs. Цель изобретения - увеличение частотного диапазона ИС в сторону низких частот. На подложке 1 из i GaAs расположен зпитаксиальный слой 2 n-типа проводимости с концентрацией примеси 10 см , на которой находятся контакты истока 3 и стока 4. Между ними расположен затвор в виде областей 5а-5б из G.aAs р-типа проводимости с концентрацией примеси в области 5а - 2 1018 и в 17 3 области 56-10 см Толщина области 5а равна h.i 0,05 мкм. а области 56 h2 0.15 мкм. На затворе 5 находится металлический электрод, образующий с областью 5а контакт Шоттки, играющий роль конденсатора, последовательно подсоединенного к затвору. Поскольку в области 5а концентрация примеси составляет 2-Ю18 см3, то при на- пряжении на затворе, меньшем 2 В, барьер Шоттки, выполняющий функцию емкости, шунтируется нелинейным сопротивлением, что увеличивает частотный диапазон ИС в области низких частот. 2 ил. ел С

Фиг;}

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в интегральных цифровых схемах на арсениде галлия.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона интегральной схемы до нулевых частот.

На фиг.1 показан предложенная структура ИС; на фиг.2, а - ее эквивалентная схема; на фиг.2, б - ВАХ шунтирующего диода.

На полупроводниковой подложке 1 из материала i GaAs сформирован толщиной Н 0,55-0,7 мкм эпитаксиальный слой 2 полупроводника GaAs п-типа проводимости с концентрацией примеси 1016 см 3. На эпи- таксиэльном слое 2 находятся омические контакты: исток 3 и сток 4. Между стоком и истоком расположен длиной 2 мкм затвор, выполненный в виде области полупроводника GaAs р-типа проводимости и состоящий из двух областей: верхней области 5а толщиной hi 0,05 мкм и концентрацией 2 Х108см и нижней области 56 толщиной

Ьг 0,15 мкм и концентрацией 10 см. .На области 5а находится металлический электрод 6, образующий с р-областью 5а контакт Шоттки, в силу чего под электродом возникает толщиной пз область пространственного заряда 7.

В предлагаемой конструкции емкость связи между электродом 6 и областью 5а затвора возникает из-за образования барьера Шоттки и, так как при концентрации в области ба авной 2 10 см, величина пз при напряжении пробоя контакта Шоттки Vnp 1 В не более 0,04 мкм. что меньше толщины области 5а, то эквивалентная схема структуры металл-полупроводник будет той, которая дана на рис.2эс ВАХ шунтирующего диода, представленной на фиг.2б.

Канальный транзистор с р-п-перехо- дом, рассмотренным выше, имеет пороговое напряжение VT, равное 0,3 В при Н 0,55 мкм и VT - 0,7 В при Н - - 0,7 мкм, т.е.; в зависимости от параметра Н, транзистор является либо транзистором с индуцированным каналом, либо со встроенным кана- лом. Причем, поскольку для данной конструкции транзистора р+- п-переход имеет встроенный потенциал 1,3 В, то на затвор транзистора можно подавать напряжение до + 1,3 В., ;

Пусть теперь на электрод 6 поступают управляющие сигналы: или напряжение высокого уровня Vi 2,2 В или низкого уровня Vo О В. Если на электроде б напряжение равно Vi, то в силу ВАХ барьера Шоттки (см. рмс.2б) на p-n-затворе будет напряжение

1,2 В и следовательно ток через транзистор будет пропорционален величине «(1 - V-r)2. Если на электроде 6 напряжение равно V0, то благодаря наличию емкости (функцию

которой выполняет барьер Шоттки) транзистор работает как входной элемент логических схем с емкостными связями, что обеспечивает отрицательное напряжение на p-n-затворе. Если уровень V0 поддерживать достаточно долго, то напряжение на p-n-затворе начнет увеличиваться, приближаясь к 0.

Рассмотрим худший случай, т.е. когда напряжение на р п-затворе равно 0. В этом

случае для транзисторов с VT 0,3 В ток через транзистор будет равен 0 и отношение К тока, соответствующего напряжению Vi к току, соответствующему напряжению V0, равно оо., что более чем достаточно для

работы рассматриваемого транзистора в цифровых схемах. Если VT - 0,5 В. то ток. соответствующий Vo, будет aVT и соответственно К 1,9/0,7 7, что также достаточно для построения цифровых схем. А так как

напряжения Vi или V0 могут присутствовать на электроде б сколь угодно долго и при этом К 7, то цифровые схемы могут работать со сколь угодно малыми частотами. Таким образом, эффективность изобретения заключается в расширении у ИС с емкостной связью диапазона нижних частот вплоть до нулевых. ;

35

Фор м у ла изобретения

Интегральная схема на основе арсени- да галлия, содержащая полевой транзистор с управляющим затвором в виде р-п-пере- хода и конденсатор, образованный контактом Шоттки в виде металлического электрода, расположенного на области затвора транзистора, отличающаяся тем, что, с целью расширения частотного диапазона в сторону низких частот, концентрация

примеси в верхней части области затвора толщиной Ь удовлетворяет соотношению

50

hi

К Јm

qN

где диэлектрическая проницаемость и пробивное напряжение материала:

q - заряд электрода; .

N- концентрация примеси, а область пространственного заряда перехода не соприкасается с верхней частью затвора.

Шиз.2