Козловський Е Ю, Селезньов Б І, Штейнгарт А П ЗАТ «НВП« Планета-Аргалл »м Великий Новгород, Росія тел: 8162-663484, e-mail: argall@novgorodnet

Анотація – Досліджено залежність початкового струму стоку рНЕМТ від часу травлення канавки під затвор (глибини травлення структури), а також побудовані залежності питомої крутизни від напруги затвор-витік для рНЕМТ з різним рівнем початкового струму стоку Встановлено звязок між рівнем струму, що залишаються перед напиленням затвора, питомої крутизною і глибиною затворної канавки виходячи з особливостей і фізики роботи рНЕМТ Також встановлено вплив величини початкового струму стоку на СВЧ параметри транзистора Таким чином, можливе досягнення високих СВЧ параметрів приладу при оптимальному виборі початкового струму стоку виходячи з шарової конфігурації напівпровідникової структури

I                                       Введення

Застосування гетероструктур (структур змінного складу AIGaAs / GaAs і / або AIGaAs / lnGaAs) з селективним легуванням замість структур на GaAs дозволяє досягти підвищення СВЧ параметрів польових транзисторів з барєром Шоттки Це є наслідком реалізації в такій структурі механізму локалізації електронів в нанорозмірному шарі нелегованого напівпровідника (т н Двовимірний електронний газ, ДЕГ) Такий характер провідності приводить до істотного зростання рухливості електронів та їх максимальної швидкості, що сприятливо позначається на роботі транзистора в сантиметровому і міліметровому діапазонах довжин хвиль [1] Рівень розвитку епітаксіального нарощування в Росії дозволяє отримувати гетероструктури AIGaAs / lnGaAs з щільністю ДЕГ до 2-10 ^ ^ см ^ (більше 3-10 ^ ^ см ^ у випадку «двосторонніх» гетероструктур), які можуть служити вихідним матеріалом для рНЕМТ (pseudomorphic high electron mobility transistor) з питомою щільністю струму стоку -300 мА / мм

У даний роботі розглядається конструк-тивно-технологічний питання про вибір шару в гетероструктурі для розміщення електрода затвора з метою досягнення кращих параметрів малошумящих СВЧ польових транзисторів на гетероструктурах

II                              Основна частина

Товщина каналу рНЕМТ становить кілька сотень ангстрем [1], що предявляє більш жорсткі в порівнянні з MESFET (товщина активної області близько тисячі ангстрем) вимоги до процесу формування поглиблення під затвор транзистора

На рис1 представлені залежності питомої крутизни 8, одного з найбільш інформативних низькочастотних параметрів, від напруги на затворі ізі для MESFET і рНЕМТ Транзистори рНЕМТ № 1 та № 2 були реалізовані на гетероепітаксіаль-ної структурі вітчизняного виробництва

Залежність крутизни транзистора від напруги на затворі для рНЕМТ має більш різкий характер Для профілю польового транзистора з заглибленим затвором це означає, що розкид глибини затворної канавки, що виникає в процесі її формування внаслідок неоднорідності цькуванні

Рис 1 Залежність питомої крутизни від напруги на затворі

ня призводить до значного розкиду початкового струму стоку 1снач і крутизни для рНЕМТ в порівнянні з MESFET

Fig 1 Specific transconductance vs gate bias

Для pHEMT № 1, характеристика якого наведена на рис1, максимум крутизни припадає на близьке до нуля напруга на затворі, тобто на струм стоку, близький до початкового При цьому пікове значення крутизни значно вище, ніж для рНЕМТ № 2 Можна припустити, що початковий струм стоку транзистора № 1 повністю формується ДЕГ (вищерозміщені шари збіднені), тоді як для рНЕМТ № 2 при нульовій напрузі на затворі струм стоку формується як ДЕГ, так і необедненной частиною шару AIGaAs над ним

Момент зупинки травлення при формуванні затворної канавки визначається за величиною початкового струму стоку транзисторної структури на пластині Як найбільш доступного технологічного прийому формування канавки виступає хімічне травлення, до істотних недоліків якого відносяться порівняно низька селективність і відтворюваність процесу

На рис2 представлені залежності початкового струму стоку від часу травлення для пяти транзисторних структур на пластині Травлення здійснювалося в перекисно-аміачному розчині, контроль струмів проводився з використанням зондовой установки і приладу спостереження характеристик транзистора

Можна припустити, що пологий ділянку залежності в діапазоні часів травлення 8 н-14 секунд, відповідає ділянці травлення збідненого AIGaAs, а різке падіння струмів до нуля повязано із зникненням нанорозмірного шару ДЕГ

Основними параметрами малошумящих СВЧ польових транзисторів є коефіцієнт шуму Кш і коефіцієнт посилення Кур в діапазоні робочих частот (4 н-60 ГГц) Найкраще співвідношення цих коефіцієнтів для малошумящих СВЧ польових транзисторів спостерігається при вимірюванні їх у робочому

режимі з струмом стоку, відповідним 20-30% від початкового [2] або при напрузі на затворі, що становить -75% від напруги відсічення Як видно з рис1, рНЕМТ № 1 має при цьому крутизну в два рази меншу, ніж рНЕМТ № 2

Рис 2 Залежності початкового струму стоку від часу травлення зразка

Fig 2 Saturated drain current vs etching time

Враховуючи TOT факт, що крутизна істотно залежить від рухливості електронів в активному шарі транзистора і беручи до уваги наведені профілі травлення, можна підтвердити припущення, що у транзистора рНЕМТ № 1 затвор розташований на збідненим шарі AIGaAs (пологий ділянку залежності на рис2), тоді як у рНЕМТ № 2 затвор лежить в області AIGaAs, ближчою до контактного шару GaAs

Порівняння СВЧ параметрів рНЕМТ (рісЗ) також свідчить на користь транзистора з великим струмом (коефіцієнтом QF на рісЗ позначено відношення Кур / Кш, пунктиром на графіку позначена смуга, яка містить 95% експериментальних точок) Це є наслідком того, що в робочому режимі активний шар рНЕМТ № 1 являє собою істотно збіднений шар ДЕГ (його ефективна щільність при цьому нижче максимально можливої ​​для даної структури) У рНЕМТ № 2 активний шар реалізується в необедненном (слабообедненном) шарі ДЕГ з порівняно високою щільністю, що повинно позитивно позначатися на динамічних властивостях приладу

Puc 3 Залежність коефіцієнта QF від питомої початкового струму стоку 1снач ·

У ході роботи реалізовані транзистори з довжиною затвора 025 ^ 030 мкм на вітчизняних гетероструктурах Прилади характеризуються початковим струмом стоку 150 ^ 300 мА / мм, максимальною крутизною до 400 мСм / мм і вищими в порівнянні з MESFET СВЧ параметрами

Зясовано, що розміщення електрода затвора в різних шарах гетероструктури робить істотний вплив на статичні, низькочастотні і СВЧ характеристики рНЕМТ

Відзначимо, що транзистор з максимумом крутизни при початковому струмі стоку (рНЕМТ № 1) може використовуватися для дослідження властивостей ДЕГ в контексті конкретної технології виготовлення транзисторів в ньому відсутня шунтування каналу проводять шарами, що вносить помилку в результати вимірювань

IV                           Список літератури

[1] Устинов В М та ін модулювати-леговані гетероструктури для малошумящих СВЧ-транзисторів, створені методом молекулярно-пучкової епітаксії – Мікроелектроніка, т 23, вип 4, с 13-18, 1994

[2] Селезньов Б І СВЧ польові транзистори на арсеніді галію Дослідження, технологія, параметри – Петербурзька електроніка, вип 3 (44), с 4-12, 2005

PECULIARITIES OF GATE DESIGN AND INFLUENCE ON PHEMT CHARACTERISTICS

Koslovsky E Y, Seleznev B I, Schteingart A P

CO «R&ampP «Planeta-Argall»

Novgorod the Great, Russia Ph: 8162-663484, e-mail: argall@novgorodnet

/\bsiraci – Dependence of pHEMT drain current on gate recession (etching depth of heteroepitaxial structure) is investigated Also the dependence of specific transconductance on gate bias for pHEMTs with various initial drain current are presented Relation between the level of drain current left before gate evaporation, transconductance and gate recession proceeding from features and physics of pHEMT is established The influence of initial drain current magnitude on transistor microwave parameters is established Thus, achievement of high microwave parameters of the device is possible provided the optimal choice of initial drain current proceeding from layer configuration of semiconductor structure

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р