Главная Промышленная автоматика.

uiOK (рис 2 1) достигается химическим (или плазменным) травлением, контролируемым с помощью измерения тока Такая геометрия прибора улучшает качество омических контактов, уменыиает вклач нгумовой состав-Jlяющeй, обусловленной поверхностью, и обеспечивает также лу1/шее распределение тока в области стока моинтых приборов

Наконец, тех}1ология изготовления прибора, особенно процесс литографии, используемый для формирования рисунка затвора и контактов, требует морфологически совершенной поверхности образца, гак как любые дефекты ухудшают качество рисунка и т самой NjacKH

Итак, Д]тя ПТШ требуются материалы активных слоев со следующими характеристиками-

- определенной зависимостью меж/ту то ндилои и уровнем легирования слоя в тех пределах, которые отмечены вьш(е,

минимальной дисперсией этих двух параметров,

- максимальной д;1я соответствующею уровня легирования подвиж-нмсгью в направлении границы раздела

- морфологически совсрц/е/тои поверхностью

С другой стороны, необход)1Мо наличие буферного слоя, имеющею высокое сопротивление и, конечно, полуизо;(ируюшси) GaAs дчя подложки

Достигнутые в последнее время успехи в области технологии выращивания материалов сделали возможным получение новых типов структур GaAs, когорые позволяют проверить экспериментально некоторые теоретические концешщи Они связаны с

физическими эффектами, присущими СаЛ.-(л1, Ga)As гетеропереходам,

баллистическим движением электронов в GaAs,

- увеличением ноднижности носителей в активных слоях из (In, Ga)As Было показано f2j, что при выращивании высокоомного (AI, Ga)As буферного слоя инжскш1я электронов из канала в подложку существенно уменьшается Это представляет интерес для создания мощных ПТШ, когда требуются больнше рабочие токи и напряжения В работе [3] по cBepxpeiuer-ке на основе материалов GaAs-(Al, Ga) Аь показано увеличение подвижности электронов в слое GaAs, Па основе этих материалов уже изюговлетя так называемые транзисторы с вь(сокой гюдвижностью электронов [4), характеристики которых улучшаются ири 77 К Необходимо ыкже отметить ногеи циальньге возможности гетероструктурпььх ПТШ [5] (нормально закрытые приборы и нолевые транзисторы с изо.чятором под затвором), для которых сообщалось о применении изолятора из (А!. Ga)As [6] Далее исследуется баллистическое движение электронов в GaAs, которое должно обеспечить повышение быстродействия транзисторов [7]. Создание всех этих новых типов приборов требует полу1(ения сюжпых энигаксиа п.ных структур с очень тонкими слоями, резкими профилями легирования и резкими гетеропереходами

Упомянутые новь!е структуры находятся в стадии исследовании, и лишь GaAs малошумящие и мощные ПТШ разрабатываются и уже вьшускаются многими фирмами



2.2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ВЫРАЩИВАНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК

Рассмотрено несколько методов, используемых для эпитаксиального роста материалов для ПТ. Более полное описание этих методов дано в [8].

2.2.1. ЭПИТАКСИЯ ИЗ ЖИДКОЙ ФАЗЫ (ЭЖФ)

Метод ЭЖФ может использоваться для получения особо чистых буферных слоев. Но этим методом нельзя добиться точно заданной толщины активного слоя и получить зеркально гладкую поверхность с совершенной морфологией. Несмофя на это в некоторых лабораториях, где метод ЭЖФ хорошо освоен, с его помощью получают высококачественные материалы для совершенных приборов [9].

2.2.2. МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВАЯ ЭПИТАКСИЯ

Технологии .МЛЭ посвящена специальная глава. Этот метод имеет ряд достоинств В частности, скорость роста пленок при МЛЭ может быть низкой, что позволяет получать очень тонкие спои и обеспечивает возможность создания необходимых профилей легирования. К достоинствам метода относится и возможность использования низких температур осаждения пленок (600° С и менее) и получения очень высоких уровней легирования (5 • 10" см").

Методом МЛЭ в нескольких лабораториях уже изготовлены некоторые приборы с наилучшими характеристиками [Ю, И]. Однако при получении материалов для ПТШ метод МЛЭ пока распространен недостаточно широко. В этой области нрсобладае! ЭПФ с использованием трихлорида мышьяка. Видимо, МЛЭ в наибольшей степени проявит себя при создании новых типов эпитаксиальных структур на основе icTepo-переходов.

2.2.3. ЭПИТАКСИЯ ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (ЭПФ МОС)

При получении GaAs этот метод заключается в совместном пиролизе металлоорга-нического соединения галлия и арсина. Уравнение имеет вид

(СНз)зСа +ASH3 Ji-- GaAs + 3CH4 (2 П

в реакции (2 1) используется триметилгаллий, однако могут применяться и другие соединения галлия. При использовании смесей металлоорганических соехщнений возможно выращивание материалов, содержащих А1 или In, при замене арсина потоком фосфина (PHj) - получение фосфидов. Таким образом, технология является весьма гибкой и позволяет получать сложные гетероструктуры. Интенсивные исследования этого метода начаты относительно недавно. Несмотря на трудности, которые связаны с необходимостью значительного снижения концентрации фоновых примесей, результаты получения материалов для ПТЩ впечатляют [1 2]. Возможность получения гетеро-структур GaAs-(Al, Ga)As для новых типов ПТИ еще исследуется [2], однако, по-видимому, метод ЭПФ МОС будет использоваться для решения и этих новых задач

2.3. ХЛОРИДНЫЙ МЕТОД ЭПИТАКСИИ ИЗ ПАТОВОЙ ФАЗЫ

2.3.1. СПОСОБЫ ВЫРАЩИВАНИЯ

Принцип и общие особенности ЭПФ с использованием системы АзОз-Са-Нг достаточно подробно описаны в [8, 13]. Летучие переносные вещества получаются при реакции AsCla на Ga в присутствии газа-носителя Нг с образова-42



нием при этом GaC], AS4, нс1 и в меньшем количестве Asa и СаСЬ. Основное уравнение химического равновесия имеет вид [14]

4GaCl + As4 + 2н2 4GaAs + 4НС1; ТУТ (2.2)

Такое устройство дпя транспортировки было выбрано, по-видимому, из-за наличия особо чистого AsCla, который является жидкостью с давлением паров примерно как у воды, что позволяет легко контролировать парциальное давление в области 10" - 10" молярных долей. С другой стороны, это затрудняется нестабильной кинетикой источника, характеризующейся "насыщением" и "образованием" покрытия. Дело в том, что, как показывает р - Г-X диаграмма GaAs, парциальное давление -As " (при температурах Г, ~800°С) больше, чем давление, соответствующее раствору Ga, насыщенному As. После насыщения на поверхности жидкого Ga образуется осадок из GaAs в виде тонкого покрытия [15, 16]. Распространение покрытия по поверхности происходит более или менее быстро в зависимости от градиента температур, парциальных давлений, скорости потока и геометрии реактора. После полного образования покрытия устанавливается новое нестабильное равновесное состояние двух противоположно направленных процессов: дачьнейшего насыщения избытком As, диффундирующего сквозь покрытие, и удалением его потоком НС1 с нулевым балансом мышьяка на поверхности источника (2:Asbx ~ lAssbix)- Практический вывод из этих метастабильных кинетических процессов источника состоит в том, что воспроизводимость может быть достигнута только при тщательной оптимизации технологии.

Это же уравнение равновесия (2.2) характеризует и так называемый гидридный метод, в котором исходными материалами являются НС1, Ga и AsHa. Вследствие более вьюокого содержания примесей (в основном из-за исходных материалов) этот метод применяется намного реже (см., однако, [17]). Это справедливо и для метода, в котором используется твердый источник мышьяка [18]. Метод с AsCb имеет несколько разновидностей. Например, при твердотельном источнике GaAs исключаются отмеченные проблемы кинетики источника за счет использования более низких температур [19] или применения инертного газа-носителя [20-22]. Инертные газы позволяют избежать загрязнения кремнием, о чем будет сказано далее.

Все эти методы с различными способами переноса приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Методы эпитаксии из паровой фазы

Источник информации

Обозначение метода

Метод

[23, 24, 25]

AsClj-Ga-Hj

Трихлорида мышьяка

[19]

AsClj-GaAs-Hj

Трихлорида мышьяка с твердым

источником

[26,27]

AsCl3-Ga-Hj +ДОП AsClj

Нодзаки

[28, 17]

AsHj-Ga-HCl-H

Арсинный

To же с AsCl,, HCl + As

Арсинный с НС1





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [12] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.004