Главная Промышленная автоматика.


Рис. 10.4. Вольт-амперные характеристики типового ПТШ с шириной затвора б мм, снятые в импульсном режиме для случая удельного заряда Gen= (2,0 - 2,3) X ХЮсм". Затвор смещен По постоянному току, к стоку приложено импульсное напряжение длительностью 100 не и частотой повторения 50 Гц

ку зависимости тока пробоя от напряжения имеют участок насыщения, который не предсказывается объемной теорией пробоя. Действительно, в та- кой тонкой пленке пробой вызывается скорее минимальным током стока, чем максимальным напряжением стока, как предсказывается классической теорией. Например, минимальный ток стока /„„ (30) при смещении 30 В достигает значения 67 мА/мм, как показано на рис. 10.4. Минимальный ток стока при = 30 В является обычно параметром качества для приборов, работающих при смещении 14 В, пиковое напряжение которых достигает 26 В.

Выходная мощность приборов, изготовленных в соответствии с указанными принципами конструирования, обычно (по меньшей мере на частоте 4 ГГц) возрастает при повыщении напряжения исток-сток вплоть до 25 В. Тем не менее мощность на миллиметр ширины затвора Р, остается для всех приборов, кроме лучших, ниже 0,9 Вт/мм (лучшие - 1,2 Вт/мм). В результате даже при напряжении 40 -50 В удается избежать пробоя в пространстве затвор-сток. Пробой затвор-сток остается главным фактором насыщения выходной мощности при изменении напряжения стока такого прибора.

Хотя величина (30) может быть легко приведена к любому значению в диапазоне от О до 200мА/мм простым контролем Q все еще остается некоторый разброс /„„1 (0) между значениями 30 и 8(УмА/мм при такой конструкции канала. С этим разбросом могут быть связаны следующие два технологических фактора [12]. Во-первых, важную роль играет "взрывной" процесс осаждения затвора сам по себе. Шероховатость края затвора, формируемого при "взрывном" процессе, является подходящим объяснением для такого отклонения от пластины к пластине или от прибора к прибору НЭ одной пластине. При фиксированном напряжении затвор-сток неровность края затвора соответствует областям повышенной напряженности электрического поля (E-U/r) и в результате в локальных областях напряженность поля возрастает до критического пробивного значения ранее, чем предсказывается моделью бокового распространения, описанной ранее. Для приборов с < 2,3 приложенное напряжение смещения затвор-сток достаючно для того, чтобы получить общий ток затвора на единицу ширины затвора 1-2 мА/мм, что служит причиной появления белой световой эмиссии из отдельных точек края затвора со стороны стока [12]. Временами встречаются явные физические дефекты в алюминиевом затворе, такие как



царапины от пинцета. При подаче напряжения затвор-сток этот дефект является местом возникновения микроплазмы [24]. Корреляция между дефектами и местами возникновения свечения подтверждает концепцию локального повышения напряженности поля. В нашей лаборатории ПТШ изготавливают с затворами из Pt-Ti-Pt-Au с ровным краем, что приводит к повышенному значению пробивного напряжения затвор-сток и малому разбросу тока (30) (A/jn (30) «=-20мА/мм) для такой конструкции канала. Ползтенные результаты еще недостаточны для утверждения вьщви-нутой концепции, и исследования будут продолжены далее, хотя общий принцип, согласно которому ровные края затвора желательны для управления пробоем, кажется верным.

Во-вторых, на пробивное напряжение затвор-сток может влиять процесс пассивации диэлектриком. Хотя этот процесс недостаточно стабилен и им трудно управлять, изменение пробивного напряжения затвор-сток может быть вызвано: 1) появлением на поверхности GaAs положительного поверхностного заряда, равного примерно 0,2-10 см", что вызовет увеличение Сед. или 2) увеличением неровности края затвора, обусловленным нанесением диэлектрического слоя и соответственно увеличением локальной напряженности поля. Недавние эксперименты показывают, что причиной снижения пробивного напряжения является влияние диэлектрика, а не термических процессов.

10.5.3. ЛЕГИРОВАНИЕ АКТИВНОГО СЛОЯ

Подавление внезатшого отказа в пространстве исток-сток и контроль над пробоем затвор-сток не зависит от уровня легирования активного слоя в диапазоне « = (2-20) • Ю* см". Фирма BTL применяет активные слои с толщиной 0,6 - 0,9 мкм с концентрацией примеси (3- 7) • 10* см~. Менее легированные слои с большей толщиной используются для повышения возможностей управления травлением GaAs с целью минимизации заряда в канале, что необходимо для достижения обсуждавшихся ранее целей.

10.5.4. ПАССИВАЦИЯ КРИСТАЛЛА

Предпочтительным диэлектриком для пассивации наших приборов сложит пленка S13 N4 толщиной 400 нм, осажденная реактивным распыле нием в высокочастотной плазме [25]. Эти приборы значительно более стойкие в смысле пробоя [17, 19. 20], чем приборы, покрытые S1O2 [21]. Бычо высказано предположение [17], что химически нестабильный "собственный окисел GaAs играет основную роль в пробое транзистора и что любая пове \-ностная обработка, препятствующая образованию окисла, такая как еачесе-ние слоя S13N4, будет улуштать стойкость к отказу.

10.6. СТРУКТУРА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СЛОЕВ ПРИБОРА

Материалы для омических контактов Au-Ge-Ag-Au, применяемые фирмой BTL, подобны применяемым другими лабораториями, так как омические контакты должны иметь гладкую поверхность, низкое контактное сопротив-



ление (0,5 - 2-10~* Ом-см") [1], не изменяемое после воздействия высокой температуры. Большршство других лабораторий также применяют базовый омический контакт на основе AuGe [5, 6, 26 - 28]. Никель [6, 28, 29] и некоторые тугоплавкие металлы [26 - 28] часто используются взамен серебра и служат для получения гладкой поверхности контактов, которая важна для достижения высокого качества контактов и осуществления фотолитографии на последующих этапах изготовления прибора.

С другой стороны, в настоящий момент не существ-ует единого мнения о выборе А! для металлизации затвора как наиболее предпочтительного материала для затвора. Некоторые, подобно фирме BTL, исследуют композиционные системы металлизации затвора [30 - 31], которые включают такие металлы, как W, Ti или Pt в качестве контакта Шотки. Для контактов на основе А1 приводится ряд механизмов отказов [29, 30, 32], таких как образование интерметаллического соединения Au-Al, электролитическая коррозия, электромиграция. Сообщается о том, что мощные приборы с шириной алюминиевого затвора 6 мм, с барьерными слоями из Ti и Pt между А! и Аи работали более 3000 ч при температуре канала 250°С, при смещении на стоке 14 В и входной мощности 28 дБ на частоте 4 ГГц [19, 20]. При этом не было обнаружено никаких изменений в алюминиевом затворе и вообще каких-либо изменений параметров приборов. Поэтому мы не видим причин отказываться от применения алюминия.

Верхний слой золота толщиной 1 мкм служит для: 1) ограничения плотности тока на каждом зубце истока до величины, меньшей 2-10 А/см, что позволяет уменьшить электромиграцию Аи [33]; 2) улучшения прочности проволочного монтажа при сборке прибора в СВЧ корпусе. Промежуточный слой из Ti и Pt предотвращает образование интерметаллической фазы Au-Al [34] на контактных площадках затворов из А1.

10.7. ТОПОЛОГИЯ КРИСТАЛЛА

10.7.1. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРИБОРА С УЧЕТОМ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Отвод тепла при конструировании мощного ПТШ - это комплексный вопрос выбора толщины подложки, расстояния затвор-затвор, ширины зубца затвора [35, 36]. Большинство мощных приборов [1, 5, 6, 9], включая приборы фирмы BTL, конструируются таким образом, что тепло удаляется через GaAs подложку. Другое направление (фирмы RCA, MSC, Mitsubishi) - это использование обратного монтажа и соединение истоковых площадок с теплоотводом [37]. Наименьшее тепловое сопротивление достигается при обычном монтаже, но с обеспечением толщины кристалла, меньшей 75 мкм [35]. Толщина подложки приборов фирмы BTL составляет 30-50 мкм, типовое удельное тепловое сопротивление равно 30-40°С мм/Вт или примерно 6°С/Вт приборов с шириной затвора 6 мм [35, 36]. В такой конструкции перегрев канала относительно температуры окружающей среды составляет не более 50° С для приборов, работающих при смещении на стоке 14 В и токе стока 0,6 А, что обеспечивает выходную высокочастотную мощность не менее 4 - 5 Вт при входной мощности 630 мВт.

Как уже говорилось, ширина затвора является очень важным параметром, который необходимо учитывать при конструировании прибора с учетом его разогрева. Конечное охлаждение более эффективно для узких затворов, чем для широких. Здесь





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

0.0038