<3

= 15 м в

Рис. 4.8. Гистограммы распределения планарных GaAs ПТШ по напряжению отсечки, указывающие на однородность имплантированного слоя: а - большая площадь подложки (>!□ затворов), С/эиотс= 1.243В; атт =

зи отс

= 94мВ{7,5%); N=11112; бмалая площадь (~5 О затворов), Kjh отс = = 1,12В, (тг/ =37мВ (3,3%),jV = 81/81

-зиотс \ > i

в течение ряда последних лет в нескольких лабораториях проводятся работы по созданию GaAs ИС, В KOTOpi IX GaAs ПТШ являются активными элементами. Вследствие более высокой, чем у Si, подвижности электронов GaAs ИС имеют преимущества по скорости и быстродействию. Доступность высококачественных полуизолирующих подложек GaAs наряду с развитием технологии обусловили

использование этого полупроводника для изготовления ИС. Кроме того, для активных слоев приборов, полученных на полуизолирующих подложках, паразитные емкости оказываются существенно меньшими.

Имплантация является ключевым процессом в технологии GaAs ИС для получения сплотдных активных слоев или локально легированных участков в полуизолирующем материале [68]. Примеры использования селективного легирования продемонстрированы фирмой Rockwell International. Осуществляются два этапа легирования. При первой имплантации, образующей тонкие каналы ПТШ толщиной 100-150 нм, используются селен-примесь, которая имеет малую диффузию во время отжига после имплантации. При второй имплантации, когда создаются быстродействующие переключательные диодные схемы, используются ионы серы для получения ограниченных уровней легирования - для обеспечения минимальной емкости и низких поверхностных сопротивлений. Глубокая диффузия серы является ценным качеством при получении тонких слоев. Как сера, так и селен служат для получения диодов сдвига уровня и для увеличения уровня легирования под областями омических контактов в приборах. Использование имплантащш при изготовлении ИС этими методами позволяет оптимизировать в отдельности уровень легирования для приборов различных типов, входящих в состав ИС. Как и при изготовлении ПТШ, однородность и воспроизводимость, которые могут быть достигнуты при имплантации, являются важным достоинством и при изготовлении ИС, для работы которых необходима работоспособность всех приборов на кристалле. Испытания ПТШ, изготовленных этим методом, показали, что такая двойная имплантация обеспечивает высокую однородность параметров по подложке, которая требуется для хорошего выхода годных рабочих ИС.

Ч А с Т Ь III

МАЛОШУМЯЩИЕ GaAs ПТШ

ВВЕДЕНИЕ

В эту часть включены гл. 5 и 6, посвященные разработке малошумящих полевых транзисторов и написанные сотрудниками двух ведущих лабораторий в области разработки и производства материалов, технологии изготовления и применения малошумящих GaAs ПТШ.

В гл. 5 изложены принципы оптимизации приборов. На основе теоретических разработок [1, 2] определена теоретическая зависимость коэффициента шума (/ш) от длины затвора, толщины металлизационного покрытия затвора, последовательного сопротивления истока, удельного сопротивления контакта и от расстояния между истоком и стоком. Описана технология транзистора с утопленным затвором, позволяющая оптимизировать эпитаксиальную структуру с целью получения минимального сопротивления.

В гл. 5 также изложена технология изготовления затворов длиной 0,3 мкм, включающая метод "взрыва" и электронно-лучевую литографию. С помощью указанной технологии были получены приборы с = 1,76 дБ и коэффициентом усиления 12,5 дБ на частоте 14 ГГц.

В гл. 6 описана разработка технологии изготовления малошумящих ПТШ. В дополнение дан краткий обзор методов, используемых в промышленности для уменьшения паразитных сопротивлений истока и затвора, а также технологических ухищрений для уменьшения длины затвора.

Подробно обсуждаются экспериментальные результаты исследования эффекта высокого сопротивления буферного слоя, оптимального уровня легирования, скачка уровня легирования на границе активного и буферного слоев и особенностей приборов с утопленным затвором. Был изготовлен ПТШ с глубоко утопленным затвором (длина затвора 0,5 мкм) и получены Ащ = = 1,68 дБ и коэффициент усиления Ку = 10,7 дБ на частоте 12 ГГц.

ГЛАВА 5

ШУМОВЫЕ И УСИЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПТШ С ДЛИНОЙ ЗАТВОРА

МЕНЬШЕ 1 МКМ

Дж. А. Тернер, Р. С. Батин, Д. Паркер, Р. Беннетт, А. Пик, А. Хьюз

5.1. ВВЕДЕНИЕ

Согласно расчетам [1, 2] при малых сопротивлениях контактов и необходимом качестве материала важнейшим фактором, определяющим шумовые характеристики GaAs ПТШ, становится длина затвора. Контактная фо-

Фирма Plessey Research (CasweU), Великобритания.

толитография с использованием ультрафиолетовых источников имеет определенные ограничения по предельному разрешению. Она позволяет получить минимальный размер линий, равный 0,5 мкм. Однако, как будет показано далее, для достижения предельных рабочих частот и низкого уровня шума нужны размеры затвора примерно 0,2 мкм. Единственной технологией, обеспечивающей получение таких размеров, является электронно-лучевая литография. Соответствующий выбор фоторезистов и технологии изготовления позволяет реализовать транзисторы с длиной затвора 0,3 мкм. Эти приборы имеют улучшенные шумовые и усилительные характеристики, что соответствует теоретическим предсказаниям.

В главе приведен обзор известных теоретических концепций работы транзистора, описаны технологические особенности изготовления ПТШ и приведены результаты, полученные при исследовании структур с коротким затвором.

5.2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗРАБОТКЕ ТРАНЗИСТОРОВ

Долгие годы разработчики GaAs ПТШ, пытаясь улучшить шумовые и усилительные характеристики транзисторов, полагались в своих поисках в основном на интуицию. Характеристики улучшались эмпирическим путем, варьировались концентрация носителей в полупроводниковом материале, расстояние исток-затвор и все остальные параметры. Работы [1,2] изменили этот подход. При этом было установлено, как влияют параметры материала и геометрия ПТШ на характеристики транзисторов. В частности, шумовые характеристики транзистора определяются качеством материала на границе раздела пленка-подложка, длиной затвора, потерями металлизированного затвора и сопротивлением истока.

Основные паразитные элементы ПТШ, изготовленного по лучшей на данном этапе технологии, показаны на рис. 5.1. Это ПТШ с утопленным затвором. Коэффициент шума такой структуры определяется выражением

/Г,, = 1 + kfL 3/6 («) 1/6 , o,6H/>v5?+ I:L(b L, ЬИ) +

- 1 па2

(5.П

где /Гщ - коэффициент шума; к - коэффициент качества материала, равный 0,333; / рабочая частота, ГГц; п - концентрация носителей, равная 10* см"; - единичная ширина затвора, мм; h - толщина металлиза-ционного слоя затвора, мкм; L - длина затвора, мкм; - удельное сопротивление затвора, 10~* Ом-см; R - удельное контактное сопротивление 10~* Ом -см; ujL. - размеры, указанные на рис. 5.1, мкм.

Единичная ширина затвора - полуширина затвора одной ячейки (ем. далее рис. 6.2. а, б) или длина зубца одной ячейки П-образного затвора (см. далее рис. 5.6). - Прим. перев.