Главная Промышленная автоматика.

ЧАСТЬ IV

МОЩНЫЕ GaAs ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В этой части, являющейся наибольшей частью книги, обсуждаются вопро-.1 конструирования и свойства мощных ПТШ. Редакторы считают, что мощ-(II.ic GaAs ПТШ будут одними из наиболее важных СВЧ приборов восьми-чятых годов, и, таким образом, потребуется интенсивное исследование .4 свойств. На мощных GaAs ПТШ можно конструировать как аналоговые, :iK и цифровые системы радиосвязи, их можно использовать в качестве 1КТИВНЫХ приборов в мощных усилителях спутников связи, благодаря чему увелитится срок службы и улучшатся характеристики этих усилителей .м сравнению с получаемыми в устройствах на ЛБВ. Эта часть обобщает "счультаты четырех ведущих научно-исследовательских, конструкторских и производственных организаций. Каждая имеет довольно разные конструк-юрские подходы, которые показывают различные точки зрения на совре-vieuHoe "искусство изготовления" прибора.

В гл. 7 обсуждаются общие принципы конструирования мощных GaAs ТТШ. Подход к конструированию в этой главе отличается от подходов в (.ругих главах данной части - внимание автора сконцентрировано на применении обратного монтажа. Однако это всего лишь один из элементов конструирования. В обзор включено также рассмотрение метода самосовмещения (атвора, позволяющего исключать ошибки совмещения и уменьшать рас-сюяние сток-исток, системы металлизации затвора, стока и истока, осно-канной на применении золота с тугоплавким металлом; изоляции активного слоя от подложки с помощью многослойных эпитаксиальных пленок. Преимущество обратного монтажа перед прямым проявляется в увеличении коэффициента усиления на 2-3 дБ. Сообщается о значительных преимущест-нах такого монтажа вплоть до частот 20 ГГц. Наиболее значительным результатом является получение мощности 1 Вт при коэффициенте усиления 6,3 дБ иа частоте 15 ГГц и КПД = 18%.

В гл. 8 подробно обсуждаются принципы конструирования мощных ПТШ на GaAs, заключающиеся в достижении высоких пробивных напряжений тoкa и сводящиеся к утверждению, что структура с шивным углублением иод затвором является оптимальной для достижения высоких пробивных напряжений. Рассматриваются вопросы, относящиеся к пробивному напря-кению затвора, току и напряжению стока, ширине зубцов затвора, тепловому сопротивлению и цепям согласования. Сообщается о получении вьщаю-(ихся результатов: /btix ~ 25 Вт на частоте 6 ГГц и /gtix ~ 6 Вт на частоте 10 ГГц.

В гл. 9 приводятся результаты и принципы конструирования мощных (,aAs ПТШ, работающих в диапазоне частот oi 8 до 20 ГГц. Преддагает-н технология электронно-лучевого осаждения Ti-Pt-Au для получения



затвора, что является уникальным решением для мощных GaAs ПТШ. Обсуждаются зависимости коэффициента усиления и мощности от уровня легирования активного слоя и его толщины и делается вывод о том, что углубление затвора значительно увеличивает выходную мощность прибора, а оптимальным является углубление затвора 40 -80нм. Последующее положение касается влияния длины затвора на мощность прибора на различных частотах. По мнению автора, оптимальным является применение длин затвора 1-1,5 мкм на частоте 8 ГГц, 0,75 - 1 мкм на 10 ГГц и 0,5 мкм на 15 ГГц. Сравниваются характеристики разработанных автором ПТШ с мощностью 2 Вт на частоте 15 ГГц и 1 Вт на частоте 20 ГГц и ПТШ с известными лучшими данными.

В гл. 10 обсуждается еще один подход к конструированию мощных GaAs ПТШ. Предлагаемые здесь принципы значительно отличаются от трех остальных. Например, легирование активного слоя осуществляется в пределах (3-7) -10* см~ по сравнению с 10" см~, для работы на частоте 4 ГГц используется четырехслойная структура и ширина затвора 500 мкм. Демонстрируется слабая зависимость мощности от ширины затвора вплоть до частоты 12 ГГц. Описываются приборы, сконструированные для работы при больших смещениях тока и с пробивными напряжениями 40-50 В, что достигается применением /г+-выступа по периметру стока. Как и в гл. 2, отмечается, что углубление структуры затвора значительно улучшает высокочастотные характеристики прибора, и обсуждается зависимость пробоя затвор-сток от общего заряда в канале. Анализ этого явления представлен с помощью модели "бокового расширения" обедненного слоя. Последней особенцостью является использование тонких подложек арсенида галлия толщиной 30-50 мкм вместо обычных подложек толщиной 100-120 мкм и применение гальванопокрытия обратной стороны кристалла с целью хорошего отвода тепла. Сообщается о получении мощностей 18,5 Вт на частоте 4,4 ГГц и 8,6 Вт на частоте 7 ГГц.

ГЛАВА 7

МОЩНЫЕ GaAs ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ, ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАТНОГО МОНТАЖА КРИСТАЛЛА

И. Друкир

7.1. ВВЕДЕНИЕ

Мощные GaAs ПТШ особенно интенсивно развиваются последние несколько лет [1, 3]. С различной степенью успеха использовалось много подходов к их изготовлению. В этой главе описываются процессы, используемые фирмой MSC, для изготовления мощных ПТШ, их свойства на СВЧ и некоторые аспекты надежности.

Фирма Microwave Semiconductor, Сомерсет, шт. Нью-Джерси, США. 102



Нашим базовым подходом к конструированию мощных полевых транзисторов на арсениде галлия является минимизащтя паразитных элементов транзисторов при соблюдении в то же время высокой степени однородности приборов (от пластины к пластине). Начиная с реактора для выращивания многослойных эпитаксиальных пленок, внимание к обеспечению однородности и воспроизводимости должно быть исключительным. Некоторыми ключевыми особенностями этого подхода являются:

1) многослойные эпитаксиальные пленки;

2) вплавляемые омические контакты;

3) самосовмещенный затвор;

4) тугоплавкая металлизащ1я затвора;

5) обратный монтаж кристалла.

Эти особенности будут вкратце просуммированы и подробно обсуждены в последующих разделах.

Многослойная эпитаксиальная структура имеет много достоинств. Прежде всего это высокое сопротивление нелегированного буферного слоя. Этот слой изолирует активную область от подложки и существенно увеличивает подвижность носителей. После активной области выращивается контактный слой.

Основным источником неоднородности в традиционных приборах является ошибка совмещения затвора. При самосовмещении затвора прецизионность совмещения обеспечивается автоматически и однородность приборов значительно увеличивается. Второй особенностью самосовмещения затвора является то, что расстояние сток-исток почти так же мало, как и сам затвор. Это уменьшает паразитное сопротивление стока и истока до необходимого минимума.

Следующая особенность, характерная для технологии фирмы MSC, относится к тугоплавкой системе металлизации затвора на основе золота. Такая система облегчает присоединение выводов методом термокомпрессии и не обладает механизмами отказов, связанными с деградацией в системе Au-Al.

Наконец, обратный монтаж уменьшает наполовину как тепловое сопротивление, так и общую индуктивность истока. Низкое тепловое сопротивление увеличивает надежность за счет уменьшения рабочей температуры прибора, тогда как уменьшение индуктивности истока улучшает характеристики прибора.

Подход, который здесь представлен, обеспечивает хорошие параметры прибора и однородность. В дальнейших разделах процессы будут описаны более подробно.

7.2. ЭПИТАКСИАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

Ни один самый хороший процесс не может улучшить плохой исходный материал. Поэтому крайне необходимо уделить значительное внимание качеству эпитаксиального материала, используемого для изготовления приборов. Все наши GaAs слои выращены в системе химического осажде-чия Ga-AsCla-Hi из паровой фазы. Эпитаксиальный реактор из паровой фазы





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