Главная Промышленная автоматика.

(рис. 6.26) [6] на порядок уменьшают сопротивление затвора. Если площадка затвора или точка подключения сигнала продублирована, то общее сопротивление затвора уменьшается в четыре раза, поскольку единичная ширина затвора (длина зубца затвора) уменьшается наполовину и эти укороченные затворы соединены параллельно. Если длина затвора равна 0,5 мкм, как в случае ПТШ типа NE 388 (рис. 6.26), то общая ширина затвора составляет 280 мкм, металлом барьера является алюминий толщиной 0,5 мкм. Если площадка затвора одна (единичная ширина затвора 140 мкм), то общее сопротивление затвора будет равно 4 Ом. В реальном приборе, имеющем две контактные площадки затвора, общее сопротивление затвора составляет примерно 1 Ом. Это значительно меньше сопротивления истока этого же прибора, которое равно примерно 5 Ом. В общем случае, если имеется п площадок, то общее сопротивление затвора уменьшается до величины .

Другой пример малошумящего транзистора с одной контактной площадкой затвора показан на рис. 6.2в. Общая ширина затвора 500 мкм. Таким образом, единичная ширина затвора равна 250 мкм. Сопротивление затвора может быть значительно уменьшено по сравнению с сопротивлением затвора структуры, показанной на рис. бЛб, обеспечивающей уменьшение сопротивления металлизационного слоя затвора.

6.2. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ПТШ

Свойства малошумящих GaAs ПТШ в значительной степени определяются профилем легирования или качеством кристаллической структуры эпитаксиального слоя. Хотя основные элементы структуры транзистора, такие как ширина затвора и число площадок затвора, могут быть найдены аналитически, для анализа влияния буферного слоя и определения профиля легирования необходима экспериментальная отработка по минимуму коэффициента шума и максимуму коэффициента усиления транзисторов, изготавливаемых на специальных эпитаксиальных структурах.

В этом разделе будут проанализированы достоинства высокоомного буферного слоя, оптимальной концентрации легирования, эффекты качества границы раздела и углубления затвора.

Влияние высокочистого буферного слоя. Поскольку слиток GaAs имеет много дефектов и примесей, то буферные слои высокой чистоты или высокого сопротивления выращиваются перед эпитаксиальным выращиванием активных слоев.

Пример улучшения качества активного эпитаксиального слоя введением

Рис 6 3 Профили подвижности электронов активных эпитаксиальных слоев, выращен ных на высокоомном эпитаксиальном буферном слое (-) или непосредственно

на легированной хромОм подложке (---)

прии = 7 10" см"


буферный спой

О 0,г 0,4 0,6

Росс тайное от поберхности, мкм




Рис 6 4 Вольт-амлерные характеристики ПТШ без буферного слоя (а) и с буферным слоем (б) (цена деления по вертикали 10 мА, по горизонтали 500 мВ)

буферного слоя показан на рис. 6 3 [1]. Подвижность электронов эпитаксиального слоя, выращенного на легированной хромом полуизолирующей подложке, постепенно уменьщается в направлении к подложке, и она значительно ниже на границе, чем на поверхности, что объясняется диффузией примесей и дефектов из подложки. С другой стороны, подвижность электронов в активном слое, выращенном на вьюокочистом эпитаксиальном буферном слое, постоянна или слабо зависит от расстояния до границы активный-буферный слой

Волы-амперные характеристики (ВАХ) приборов, выращентштх на пластинах двух типов с буферным слоем и без него, показаны на рис. 6.4 [1]. Для ВАХ приборов без буферного слоя обычно характерен гистерезис (увеличение тока насыщения начиная с некоторых напряжений стока), тогда как ВАХ ПТШ с буферным слоем не имеют таких особенностей. Крутизна ВАХ транзисторов с буферным слоем также обычно оказывается выше, чем у транзисторов без буферного слоя. Учитывая, что в малошумящем полевом транзисторе ток локализуется вблизи границы раздела, уровень шума при наличии буферного слоя обычно значительно меньше, чем без него.

Оптимальная плотность легирования. Уменьшение длины затвора обеспечивает увеличение частоты отсечки транзистора, поэтому транзисторы с длиной затвора 0,5 мкм теперь очень популярны Для эффективного управления транзистором толщина активного слоя должна быть достаточно малой по сравнению с длиной затвора Кроме того, из теоретического анализа следует, что повышение уровня легирования приводит к возрастанию усиления. Однако уровень легирования и, следовательно, толщина активного эпитаксиального слоя ограничены напряжением пробоя затвора. Поэтому необходимо учитывать сложность получения идеального профиля легирования при очень тонких активных слоях с высоким уровнем легирования.

Зависимость шумовых характеристик от уровня легирования активного слоя прибора с затвором длиной 0,5 мкм (рис. 6.26*) показана на рис. 6.5 [6]. Уровень шума уменьшается с увсличештем степени легирования и достигает минимальной величины при и =«2,5 10" см". Коэффитщент усиления





0,5 1 1,5 г г,5 J

/Сонценшрация носителей,10"см-Т

О 10 20 1с,мА

Рис 6 6 Зависимости минимального коэффициента шума ПТШ типа NE388 от тока стока (частота 8 ГГц, U= 2 В, /снас= = 60 мА) для различных профилей легирования на границе раздела

Рис 6 5. Зависимости минимального коэффициента шума от уровня легирования активного слоя ПТШ типа NF388 с затвором длиной 0,5 мкм (частота 8 ГГц, U= 2 В, /си=10мА)

возрастает с увеличением уровня легирования и достигает насыщения при концентрации примерно 3 • Ю см. Увеличение коэффициента шума при более высоких уровнях легирования, вероятно, обусловлено ухудшением "резкости" профиля легирования на границе. Поэтому в будущем оптимальная концентрация может быть большей, чем 2,.5 • 10*см", если будет улучшаться технология эпитаксиального выращивания.

Влияние профиля легирования на границе раздела. Согласно результатам теоретического анализа [11] при малых токах стока наблюдаются малые коэффициенты шума до тех пор, пока не начнется падение крутизны на гра-!шце раздела. Обычно минимальный/Гщ получается при соке стока составляющем 0,1 от тока насыщения стока /нас (сплошная линия на рис. 6.6) Однако, если профиль легирования на границе раздела недостаточно резок, коэффициент шума начинает возрастать при больших токах стока (штриховая линия на рис. 6.6). Минимальный коэффициент шума начинает увеличиваться и, таким образом, выравнивается в обоих случаях (при больших и малых токах стока). Один из четких примеров такой зависимости приведен в [12]. Три пластины с различным профилем легирования (рис. 6.7) были

Рис 6 7 Профили легирования активных слоев с различным профилем ступеньки на границе раздела

1 - эпитаксиальный слой, выращенный с помо щью эпитаксии из паровой фазы; 2 - слой, попу ценный имплантацией кремния; .? - слой, полученный имплантадаей магния


о 0J 0,2 0,3 04 0,5 0,6 0 7 PaccmonHJt от поверхности, мкм





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

0.0039