Гусенкова А В *, Малєєв Н А *, Міхрін В С *, Кузьменков А Г *, Васильєв А П *, Кулагіна М М *, Жуков А Е *, Шуленко А С * ®

* Мінський НДІ радіоматеріалів вул Кижеватова, 86, м Мінськ, 220024, Білорусь ® тел: +37517-2785697, ® e-mail: shulenkov@inboxru * Фізико-технічний інститут ім А Ф Іоффе вул Політехнічна, 26, м С-Петербург, 194021, Росія

Анотація – Запропоновано технологію монолітної інтеграції нормально-відкритих і нормально-закритих ПТШ для створення швидкодіючих монолітних інтегральних схем, що включають в свій склад крім СВЧ-схеми та керуючі драйвери Виготовлені транзистори демонструють високу однорідність параметрів по площі пластини і мають динамічні характеристики, аналогічні GaAs ПТШ, виготовленим за традиційною технології

I Введення

Розвиток технології монолітних інтегральних схем (МІС), що обєднують в одному кристалі нор-мально-відкриті і нормально-закриті транзистори, представляє великий інтерес з точки зору інтеграції мікрохвильової частини схеми з керуючими драйверами Дане завдання найбільш актуальна для реалізації пасивних СВЧ-схем, таких як аттенюатори, перемикачі, фазовращателі і т п Наприклад, для управління 5-ти бітовим монолітним аттенюатором необхідне застосування зовнішніх драйверів, що перетворюють 5-ти розрядний код ослаблення в 10 керуючих напруг, що подаються на кристал атенюатора [1] Крім ускладнення конструкції модуля, використання зовнішніх драйверів обмежує час перемикання при використанні КМОП-логіки

Монолітна інтеграція нормально-відкритих і нормально-закритих транзисторів дозволяє реалізувати драйвер безпосередньо на кристалі, використовуючи тільки однополярної харчування Однак реалізувати такі пристрої з використанням стандартної технології ПТШ GaAs вельми складно через великий розкид параметрів транзисторів в процесі травлення при підгонці струму каналу

II Основна частина

Інтеграція двох типів транзисторів з прийнятним виходом придатних практично можлива за рахунок використання технології селективного травлення при підгонці струму каналу транзистора [2] У даний роботі використовувалася транзисторна гетероструктура GaAs / AGaAs / GaAs, вирощена методом молекулярно-пучкової епітаксії на установці Riber-32, схематичне поперечний переріз якої представлено на рис1 Товщини і профіль легування шарів структури розраховувалися так, щоб забезпечити формування нормально-відкритих і нормально-замкнених транзисторів Для реалізації можливості селективного травлення в якості стоп-шарів використаний AI09Ga01As, що забезпечує достатню селективність травлення стосовно GaAs і, одночасно, менш схильний до окислення в порівнянні з широко використовуваними стоп-шарами AlAs

Для виготовлення транзисторів застосовувався стандартний технологічний процес «вибуховий» фотолітографії з довжиною затвора 0,35 мкм Для селективного травлення транзисторної гетероструктури при формуванні затвора використовувалися рідинні травители двох складів: лимонна

кислота (0,05 М): Н2О2: НГО (15:3:100) (рН = 2,6) і цитрат натрію (0,05 М): Н2О2: Н2О (5:1:100) (рН = 7,8) Для забезпечення якісного барєру Шоттки проводилася видалення стоп-шарів AlogGaoiAs в розчині на основі соляної кислоти

Виготовлення нормально-відкритих і нормальнозакритих транзисторів проводили у два етапи Спочатку проводили травлення каналу до першого стоп-шару і напилення барєрного контакту нормальнооткритого транзистора, потім після нової операції фотолітографії канали нормально-закритих транзисторів труїли до другого стоп-шари з проміжним видаленням першого стоп-шару і проводили напилення барєрного контакту

Рис 1 Використовувана гетероструктура з двома стоп-шарами

Fig 1 MESFET heterostructure with two stop-etch layers

Puc 2 BAX нормально-відкритого ПТШ Fig 2 I-V characteristics of D-mode MESFET

На рис 2 представлені вольтамперні характеристики отриманих тестових нормально-відкритих транзисторів шириною 30 мкм Верхня характеристика відповідає нульовому зміщення на затворі, крок сходинки – мінус 01 В На рис 3 представлені вольтамперні характеристики тестових нормальнозакритих транзисторів шириною 30 мкм Нижня характеристика відповідає нульовому зміщення на затворі, крок сходинки – Плюс 01 В

Рис 3 ВАХ нормально-закритого ПТШ

Fig 3 I-V characteristics of E-mode MESFET

Puc 4 Розподіл струмів насичення виготовлених нормально-відкритих (а) і нормально-закритих транзисторів (Ь)

Fig 4 Distribution of the Ids for D-mode (a) and E-mode (b) MESFET

Після виготовлення приладів було виміряно розподіл СТРУМІВ насичення транзисторів по пластині На рис 4 представлені гістограми розподілу струму насичення при нульовому зсуві для нормально-відкритого транзистора із шириною затвора 120 мкм (а) і для аналогічного нормально-закритого транзистора при зміщенні на затворі 06 В (Ь)

Для оцінки СВЧ-характеристик виготовлених приладів були проведені вимірювання коефіцієнта посилення і коефіцієнта шуму отриманих нор-мально-відкритих транзисторів На частоті 12 ГГц коефіцієнт посилення склав 92 дБ, коефіцієнт шуму – 14 дБ

III                                  Висновок

Розроблена конструкція і технологічний процес інтеграції нормально-відкритих і нормально-закритих транзисторів дозволяє перейти до проектування швидкодіючих СВЧ-МІС, які обєднують СВЧ-схему і керуючі драйвери Процес заснований на використанні транзисторної гетероструктури GaAs / AIGaAs з двома стоп-шарами AI1-xGaxAs, обмежуючими травлення каналу при формуванні затворів різних типів транзисторів на заданій глибині Проведені статичні і динамічні вимірювання виготовлених транзисторів

IV                           Список літератури

[1] л і Демченко, А С Ігнатенко, А Ф Коваленко,

А А Павлючик, А С Шуленко Монолітний 5-ти бітовий атенюатор діапазону 1-12 ГГц, В кн: 12-я Міжнар Кримська конф «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології» (КриМіКо2002) Матеріали конф [Севастополь, 9-13 верес 2002 р] – Севастополь: Вебер, 2002, с 141-142

[2] Alavi etal «А Highly Uniform, and High Throughput, Double Selective pHEMT Process Using an all Wet Etch Chemistry» 2002 GaAs MANTECH Conference

INTEGRATION OF DEPLETION- AND ENHANCEMENT-MODE AIGaAs/GaAs MESFET FOR HIGH-SPEED MMIC APPLICATION

Gusenkova A V *, Maleev N A ^, Mikhrin V S Kuzmenkov A G*, Vasil’ev A P*, Kulagina M M^, Zhukov A E*’, ShulenkovA S*

A F Ioffe Phys-Techn Inst

Politekhnicheskaya, 26, St Petersburg, 194021 Minsk R&ampD Institute of Radiomaterials Kizhevatov str, 86, Minsk, 220024, Belarus Ph: +375-17-2785697, e-mail: shulenkov@inboxru

Abstract – An enhancement / depletion 035-мт recessed-gate GaAs MESFET process based on selective wet etching using AhxGaxAs etch-stop layers is presented The technology proposed provides precise control of channel etching depth and demonstrates high uniformity of device characteristics

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