Главная Промышленная автоматика.

Напряжение пробоя барьера Шотки можно увеличить путем уменьшения уровня легирования активного слоя [12] точно под металлом затвора (слой в на рис. 3.1). Утопление области с пониженным уровнем легирования увеличивает сопротивления участков исток-канал и сток-канал, но может также увеличить линейность крутизны, если уровень легирования в четвертой области (слой г на рис. 3.1) увеличивается достаточно быстро по направлению к границе с буферным слоем [13]. Такой профиль легирования может быть подучен путем предварительного осаждения олова [14] или легированием тонкого слоя в процессе МЛЭ [15].

Напряжение отсечки будет положительным только в том случае, если концентрация свободных электронов будет снижаться достаточно бысфо у нижней границы области канала (ниже слоя г на рис. 3.1).

Наконец, было показано, что использование гетеропереходного буферного слоя лри больших смешениях стока около напряжения отсечки уменьшас! шунтирующий ток, который обусловлен объемным зарядом подложки [16].

Окончательный, компромиссный профиль легирования, показатшый на рис. 3.1, относительно легко получается методом МЛЭ, особенно если установка оснащена микропроцессом, управляющим режимом работы нагревателей и заслонки.

Возможность управления пространственной однородностью толщины и концентрационных профилей легирования становится особенно важной, когда профили структур делаются более сложными. Развитие метода МЛЭ делает возможным обеспечение очень точного контроля толщины и получения однородного легирования на большой площади подложек (диаметром до 50-70 мм) путем непрерывного вращения подложки во время эпитаксии.

3.4. ОМИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ

Кроме внутреннего сопротивления прибора, ограниченного объемной скоростью насыщения, произведением уровня легирования на толщину слоя, расстоянием исток-сток, в транзисторе могут возникать значительные последовательные сопротивления, связанные с омическими контактами истока и стока, которые существенно уменьшают усиление прибора, рабочую частоту и увеличивают уровень шума.

Для уменьшения рассеяния тепла в мощных приборах и увеличения верхней рабочей частоты сопротивление контактов должно быть минимально возможным.

Обычно омические контакты в GaAs ПТШ создаются вплавленисм нагн.ь ленной сложной многослойной структуры, например Au-Ge-Au-Ni-Au, при повышенных температурах (примерно 400° С) в течение некоторого времени (примерно 30 с), Такой метод изготовления омических контактов требует больших затрат времени, дорогостоящий и характеризуется плохой воспроизводимостью. Вплавление приводит к образованию шероховатой (с ямками) поверхности металла на GaAs, что обусловливает появлмше участков с высокой напряженностью поля, увеличение плотности тока (с соответствующим нагревом за счет вьщеляющегося тепла), повьш1ение миграции электронов, образование шнуров и в конечном итоге ведет к отказу прибора. Самая большая проблема для получения вплавленных контактов состоит в том, что они имеют высокие удельные сопротивле1Шя Л. По мере того, как размеры приборов становятся все меньше и активные слои все тоньше, ве-



личина становится соизмеримой с R (суммарным последовательным сопротивлением области между истоком и стоком).

Если представлять омические контакты как барьеры Шотки, то области обеднения (связанные с состоянием границы раздела металл-GaAs) являются достаточно тонкими для того, чтобы могло происходить туннелирова-

ние. Из упрощенного выражения для R DB [17] видно, что чем выше уровень легирования полупроводника под металлом и чем ниже высота барьера Шотки, тем меньше будет получаемое значение

где - высота барьера Шотки; (iVj - N) - концентрация свободных электронов иод металлом контакта.

С помощью МЛЭ возможно "сверхлегирование" поверхности GaAs -вплоть до /7 > 3 • 10 см"-. Такие поверхности дают невплавленные омические контакты с сопротивлением примерно (1 - 2) • 10Ом • см [18]. Дальнейшее уменьшение величины фактически невозможно вследствие определенного барьера между GaAs и большинством металлов (0,7 - 0,8 эВ), если не вводить центры с глубокими уровнями. Намного меньшие воспроизводимые величины R легко получают методом МЛЭ, используя тонкие (примерно 25 нм) сильно легированные мышьяком (больше или равно 10° см") слои германия между GaAs и металлом контакта [19],

При создании невплавных омических контактов у германия имеются два преимущества перед GaAs. Во-первых, высота барьера металл-Ge ниже (например, 0,45 эВ для Ni-Ge [20]). Во-вторых, более высокая предельная растворимость As в Ge по сравнению с концентрацией доноров в GaAs [12 позволяет получать более высокие уровни легирования (больше \0 см"). Осажденньп1 методом МЛЭ Ge толщиной примерно 25 нм в среде As (1,33 • 10 Па) при 280°С на слой GaAs. полуюнный МЛЭ, с последующей металлизацией без вплавления воспроизводимо дает сопротивление контактов менее чем 10" Ом • см.

Другими достоинствами такого i стероструктурного контакта являются хорошее согласование постоянных решеток (рассогласование менее 0,1%), малый дифференциальный коэффициент термического расширения, хорошая стабильность при высоких температурах, гладкость полученных методом МЛЭ границ раздела GaAs-энитаксиальный Ge. В дальнейшем, вводя операцию прогрева, можно будет получать такие контакты на обычных на-пьиштельных установках.

3.5. ОГРАНИЧРНИЬ ПОТОКОВ ЭЛЕКТРОНОВ

.Активные слои ПТШ выращиваются обычно на нелегированных или легированных хромом (полуизолирующих) буферных слоях. Это необходимо для исключения проблем, связанных с диффузией дефектов и примесей из подложки, которые наблюдаются при отсутствии буферного слоя. Неважно, каким образом дефекты или токи, связанные с объемным зарядом, появ-



ляются в обычных буферных слоях, используемых в эпитаксиальных структурах для ПТШ [21]. Соответствующие диффузионные пути тока (полукру-говью) являются предположительными; эти токи приводят к ухудшению управления напряжением отсечки, меньшим по сравнению с ожидаемыми значениями предельным частотам (/щах)» меньшей крутизне и меньшему коэффициенту усиления.

Наличие относительно мелких ловушек электронов в буферных слоях может также приводить к гистерезису характеристик на постоянном токе и на звуковых частотах, ухудшению шумовых характеристик, а при больших мощностях - к отказу прибора из-за появления лавинного пробоя. Отмеченные проблемы могут быть решены в значительной мере применением согласованных по параметру решетки нелегированных или высокоомных буферных слоев, которые имеют меньшее сродство к электрону, чем активный слой [16]. Совмещение уровней Ферми активного и буферного слоев вызывает разрыв границ зон проводимости, который может действовать как барьер для тока электронов при условии, что может быть получена резкая граница и плотность ловушек на границе низка. Метод МЛЭ хорошо подходит для получения резких границ в одной из нескольких наиболее перспективных гетеросистем. Разрыв зоны проводимости Дб„ между GaAs и хорошо согласованным по параметру решетки соединением (А1, Оа ) As приблизительно равен

где Де - ширина запрещенной зоны [22].

Когда эс = 1, то Де может достигать 0,72 эВ, давая барьер на границе примерно 0,58 эВ. Некоторое уменьшенное число электронов вполне может преодолевать такие барьеры и переходить в буферный слой (AI, Ga)As, особенно при больших рабочих смещениях. Однако очень низкие подвижности, характерные для этого соединения, приводят к тому, что общий ток буферного слоя падает, приводя к высокому выходному сопротивлению прибора (примерно 2000 Ом. мм) [16] вблизи отсечки.

Возможно также управляемое введение в буферные слои из (Ga, Al)As глубоких акцепторных центров, таких как Сг, что создает менее подвижные объемные заряды. Это также увеличивает СВЧ выходное сопротивление и значительно уменьшает рассеяние мощности в буферном слое или подложке, уменьшает остроту проблемы снижения рабочих частот, о которых упоминалось ранее. Легкость, с которой методом МЛЭ можно получать резкие границы раздела, сплавные структуры, типы и профили легирования, дают этому методу значительные преимущества в улучшении параметров приборов с помощью ограничения потока электронов.

3.6. СЕЛЕКТИВНАЯ ЭПИТАКСИЯ

Электрическая изоляция между отдельными элементами ИС и изоляция металлических контактных площадок и проволочных выводов от электрически активных областей полупроводников обычно осуществляются селективной бомбардировкой ионами (Н" или В") [23] или удалением отдельных 60





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

0.0037