×
10.06.2014
216.012.d023

МОЩНЫЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ С МНОГОСЛОЙНОЙ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения. Мощный транзистор СВЧ с многослойной эпитаксиальной структурой содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. Слой теплопроводящего поликристаллического алмаза имеет толщину 0,1-0,15 мм, а на поверхности эпитаксиальной структуры между истоком, затвором и стоком последовательно размещены дополнительный слой теплопроводящего поликристаллического алмаза, барьерный слой из двуокиси гафния и дополнительный барьерный слой из оксида алюминия. При этом барьерные слои из двуокиси гафния и оксида алюминия имеют суммарную толщину 1,0-4,0 нм, кроме того, они размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя из твердого раствора AlGaN n-типа проводимости. Технический результат заключается в увеличении теплопереноса от активной области транзистора и минимизации утечек тока. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения.

Из Уровня техники известен мощный транзистор СВЧ, который содержит полупроводниковую подложку со структурой слоев, которая выполнена в виде прямой последовательности полуизолирующего слоя, n + типа проводимости слоя, стоп-слоя, буферного слоя, активного слоя, с толщиной полуизолирующего и буферного слоев не менее 30,0 и 1,0-20,0 мкм соответственно, часть металлизированного отверстия для заземления общего электрода истока с лицевой стороны полупроводниковой подложки на глубине, равной сумме толщин активного, буферного и стоп-слоев, выполнена с металлизированным дном, а другая часть металлизированного отверстия с обратной стороны полупроводниковой подложки на глубину, равную сумме толщин полуизолирующего и n + типа проводимости слоев, выполнена глухой в виде сплошного слоя из высоко тепло- и электропроводящего материала, при этом асимметрично в сторону общего электрода стока относительно вертикальной оси металлизированного отверстия, с размером поперечного сечения, равным размеру поперечного сечения топологии элементов активной области полевого транзистора, упомянутые части металлизированного отверстия перекрываются полностью либо частично в горизонтальной плоскости места их соприкосновения, а интегральным теплоотводом одновременно является сплошной слой из высоко-, тепло- и электропроводящего материала другой части металлизированного отверстия (см. патент РФ №2463685, опубл. 10.10.2012).

Недостатками известного устройства является то, что выходная мощность данного мощного транзистора СВЧ является недостаточно высокой.

Кроме того, из уровня техники известно полупроводниковое устройство, которое содержит кремниевую подложку, теплопроводящий алмазный слой, толщиной 0,5-30 мкм, монокристаллический кремниевый слой и эпитаксиальный GaN слой, либо кремниевую подложку, теплопроводящий алмазный слой, поликремниевый слой, монокристаллический кремниевый слой и эпитаксиальный GaN слой, а буферный слой выбран из группы, состоящей из HfN и AlN (см. патентный документ США №2006113545, опубл. 01.06.2006).

Недостатками известного устройства является то, что выходная мощность данного мощного транзистора СВЧ является недостаточно высокой из-за того, что тонкий слой алмаза ограничивает отвод тепла от полупроводниковых структур.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и создание мощного транзистора СВЧ с многослойной эпитаксиальной структурой, выполненного с возможностью работы с напряжением в диапазоне от 30 В до 1,2 кВ и с токами в диапазоне от 100 мА до 50 А.

Технический результат заключается в увеличении теплопереноса от активной области транзистора и минимизации утечек тока.

Технический результат обеспечивается тем, что мощный транзистор СВЧ с многослойной эпитаксиальной структурой содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. Слой теплопроводящего поликристаллического алмаза имеет толщину 0,1-0,15 мм, а на поверхности эпитаксиальной структуры между истоком, затвором и стоком последовательно размещены дополнительный слой

теплопроводящего поликристаллического алмаза, барьерный слой из двуокиси гафния и дополнительный барьерный слой из оксида алюминия. При этом барьерные слои из двуокиси гафния и оксида алюминия имеют суммарную толщину 1,0-4,0 нм, кроме того, они размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя из твердого раствора AlGaN n-типа проводимости.

В соответствии с частными случаями осуществления буферный слой выполнен из A1N или HfN.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями:

фиг.1 - отображает настоящее устройство;

фиг.2 - приведены экспериментально измеренные зависимости температуры разогрева активной области СВЧ транзистора от времени.

фиг.3 - приведены вольтамперные характеристики мощного транзистора СВЧ без дополнительных слоев на поверхности кристалла транзистора;

фиг.4 - приведены вольтамперные характеристики мощного транзистора СВЧ с дополнительными слоями из поликристаллического алмаза и двуокиси гафния.

На фиг.1 отображено устройство, содержащее следующие конструктивные элементы:

1 - фланец марки МД-40;

2 - слой припоя из AuSn;

3 - медный пьедестал;

4 - подслой из AuSn;

5 - базовая подложка из монокристаллического кремния;

6 - буферный слой AlN или HfN;

7 - теплопроводящий слой CVD поликристаллического алмаза;

8 - нелегированный слой из GaN;

9 - слой твердого раствора из AlGaN (спейс);

10 - слой твердого раствора из AlGaN n-типа проводимости;

11 - слой твердого раствора из AlGaN (крыша);

12 - исток;

13 - затвор;

14 - сток;

15 - омические контакты;

16 - дополнительный теплопроводящий слой поликристаллического алмаза;

17 - дополнительный барьерный слой из двуокиси гафния;

18 - дополнительный барьерный слой из оксида алюминия.

Настоящее устройство производят следующим образом.

На фланце марки МД-40 1 толщиной 1600 мкм размещен слой припоя из состава AuSn 2 толщиной 25 мкм, на который запаивается медный пьедестал 3 толщиной ~150 мкм. Поверх медного пьедестала 3 наносится подслой из AuSn 4 толщиной ~25 мкм, который в дальнейшем служит основой для укрепления кристалла транзистора к медному пьедесталу 3.

На поверхности базовой подложки 5 из монокристаллического кремния p-типа проводимости, ориентированного по плоскости (III), последовательно размещены: буферный слой из AlN 6 (по другому частному случаю выполнения из HfN) толщиной 0,1 мкм, слой CVD поликристаллического алмаза 7 толщиной 0,1 мм.

После размещения слоя CVD поликристаллического алмаза 7 базовая подложка 5 утоняется методами мокрого и сухого травления до толщины 10 мкм. Затем поверх буферного го слоя 6 размещают эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов в виде слоев 8-11, состоящих из нелегированного буферного слоя GaN 8, слоя твердого раствора AlGaN (спейс) 9, слоя твердого раствора AlGaN n-типа проводимости 10, слоя твердого раствора AlGaN (крыша) 11 формируют исток 12, затвор 13, сток 14 и омические контакты. Кроме того, устройство снабжают дополнительными слоями, размещенными между истоком 12, затвором 13 и стоком 14. Эти слои выполняют в виде дополнительного слоя теплопроводящего поликристаллического алмаза 16, барьерного слоя из двуокиси гафния 17, толщиной 1,0 - 4,0 нм, и дополнительного барьерного слоя из оксида алюминия 18. При этом слои из двуокиси гафния 17 и оксида алюминия 18 проходят под затвором 13, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя 11 из твердого раствора AlGaN n-типа проводимости.

В настоящем устройстве обеспечивается оптимизация отвода тепла из активной области кристалла транзистора и минимизация утечек. Это обеспечивается в помощью использования теплопроводящего поликристаллического слоя алмаза 7, а также осуществляется через слой изолирующего поликристаллического алмаза 16 и дополнительных барьерных слоев из двуокиси гафния 17 и оксида алюминия 18, имеющих суммарную толщину 1,0 - 4,0 нм.

Достоинством предложенного устройства является также ввод в активную область транзистора двух барьерных слоев 17, 18 под затвором, которые позволяют минимизировать утечки тока и увеличить значение напряжение пробоя.

Кроме того, все слои в структурах получены с использованием хорошо известных эпитаксиальных методов и не требуются специальные технологии обработки и/или способы присоединения слоев. Полупроводниковая структура оказывается сформированной практически на поверхности подложки большой конструкционной толщины из высокотеплопроводного поликристаллического алмаза. При этом исключается необходимость в проведении трудоемкой операции полировки поверхности алмаза до состояния, пригодного для технологии термоприсоединения слоев при дальнейшем изготовлении приборов.

Использование технического решения обеспечивает дополнительный отвод тепла и снижение утечек в кристалле транзистора СВЧ через дополнительные слои теплопроводящего поликристаллического алмаза и двуокиси гафния, нанесенные на поверхность кристалла между истоком, затвором и стоком мощного транзистора СВЧ. Они уменьшают тепловое сопротивление транзисторной структуры в 1.5 раза и утечки тока. На фиг.2 приведены экспериментально измеренные зависимости температуры разогрева активной области транзистора СВЧ от времени.

Использование дополнительного слоя теплопроводящего поликристаллического алмаза на поверхности кристалла транзистора между истоком, затвором и стоком транзистора и барьерных слоев из двуокиси гафния и оксида алюминия, размещенных под затвором, увеличивают пробивное напряжение транзистора на более 30%.

На фиг.4 и 5 приведены вольтамперные характеристики мощного транзистора СВЧ: фиг.4 - без слоя изолирующего поликристаллического алмаза на поверхности кристалла СВЧ транзистора, между истоком, затвором и стоком; фиг.5 - со слоем изолирующего поликристаллического алмаза на поверхности кристалла транзистора и дополнительными барьерными слоями из двуокиси гафния и оксида алюминия между истоком, затвором и стоком, а также выполнением дополнительных барьерных слоев, проходящих под затвором и на поверхности твердого раствора AlGaN n-типа проводимости.

Проведенное моделирование тепловых режимов СВЧ транзисторов показало, что применение в теплопроводящих подложек на основе поликристаллического алмаза, выращенного на кремнии 5 с буферным слоем из A1N (или HfN) 6, обеспечивает значения теплового сопротивления транзисторной структуры меньшие, чем у СВЧ- транзисторов с теплопроводящими подложками на основе карбида кремния. Нанесение слоя изолирующего поликристаллического алмаза на поверхность кристалла СВЧ транзистора, между истоком, затвором и стоком, уменьшает тепловое сопротивление транзисторной структуры более чем в 1.5 раза. Наличие в области затвора (под ним) дополнительных барьерных слоев из двуокиси гафния и оксида алюминия с суммарной толщиной 1,0-4,0 нм повышает величину пробивного напряжения на более 30%.

Отмеченные преимущества СВЧ транзисторов позволяют создавать твердотельные СВЧ-блоки и модули с улучшенными параметрами, предназначенные для антенных фазированных решеток и других радиоэлектронных систем и для замены СВЧ-электровакуумных приборов - передатчиков существующих средств связи и РЛС с учетом требований по минимизации массогабаритных характеристик аппаратуры при обеспечении устойчивости к внешним дестабилизирующим факторам


МОЩНЫЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ С МНОГОСЛОЙНОЙ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ
МОЩНЫЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ С МНОГОСЛОЙНОЙ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ
МОЩНЫЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ С МНОГОСЛОЙНОЙ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ
МОЩНЫЙ ТРАНЗИСТОР СВЧ С МНОГОСЛОЙНОЙ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 24 items.
27.01.2013
№216.012.215f

Интегральный формирователь

Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования импульсов управления на емкостной и на диодной нагрузке. Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение потребляемой мощности. В интегральном формирователе, содержащем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474044
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.08.2013
№216.012.5e54

Герметичный корпус для полупроводникового прибора или интегральной схемы свч-диапазона

Изобретение относится к области конструирования изделий электронной техники с улучшенными техническими характеристиками и повышенной помехозащищенностью, предназначенных для поверхностного монтажа на плату. Изобретение обеспечивает герметичность корпуса, улучшение его электрорадиоэкранирующих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489769
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.12.2013
№216.012.8a91

Способ усиления мощности на gan свч-транзисторах и импульсный свч-усилитель мощности

Группа изобретений относится к технике СВЧ и может быть использована в радиолокационной и радионавигационной технике, а также в средствах передачи информации. Техническим результатом является понижение уровня фазового шума выходного СВЧ-сигнала. Импульсный СВЧ-усилитель мощности на GaN...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501155
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.02.2014
№216.012.a3be

Биполярный транзистор на основе гетероэпитаксиальных структур и способ его изготовления

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники. Биполярный транзистор, выполненный на основе гетероэпитаксиальных структур SiGe, включает подложку из высокоомного кремния с кристаллографической ориентацией (111), буферный слой из нелегированного кремния, субколлекторный слой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507633
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3bf

Полупроводниковый прибор и способ его изготовления

Изобретение относится к области полупроводниковой техники. Полупроводниковый прибор включает утоненную подложку из монокристаллического кремния р-типа проводимости, ориентированного по плоскости (111), с выполненным на ней буферным слоем из AlN, поверх которого выполнена теплопроводящая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507634
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.04.2014
№216.012.b0d1

Активный фазовращатель (варианты)

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - повышение надежности устройства. Активный фазовращатель, выполненный на полупроводниковых приборах на основе SiGe и включающий широкополосный квадратурный полифазный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510980
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b7a7

Биполярный транзистор

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. Биполярный транзистор, изготовленный на основе гетероэпитаксиальных структур, включает сапфировую подложку, на которой последовательно размещены буферный слой из нелегированного GaN, субколлекторный слой из сильнолегированного GaN n-типа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002512742
Дата охранного документа: 10.04.2014
27.05.2014
№216.012.cb36

Биполярный транзистор свч

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники. Биполярный транзистор СВЧ на основе гетероэпитаксиальных структур включает последовательно размещенные на подложке из монокристаллического кремния р-типа проводимости буферный слой из A1N, слой из поликристаллического алмаза,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517788
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.06.2014
№216.012.cdf7

Свч-транзистор

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний. СВЧ-транзистор содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518498
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d024

Мощный транзистор свч

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения. Мощный транзистор СВЧ содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519055
Дата охранного документа: 10.06.2014
Showing 1-10 of 30 items.
27.01.2013
№216.012.215f

Интегральный формирователь

Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования импульсов управления на емкостной и на диодной нагрузке. Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение потребляемой мощности. В интегральном формирователе, содержащем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474044
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.08.2013
№216.012.5e54

Герметичный корпус для полупроводникового прибора или интегральной схемы свч-диапазона

Изобретение относится к области конструирования изделий электронной техники с улучшенными техническими характеристиками и повышенной помехозащищенностью, предназначенных для поверхностного монтажа на плату. Изобретение обеспечивает герметичность корпуса, улучшение его электрорадиоэкранирующих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489769
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.12.2013
№216.012.8a91

Способ усиления мощности на gan свч-транзисторах и импульсный свч-усилитель мощности

Группа изобретений относится к технике СВЧ и может быть использована в радиолокационной и радионавигационной технике, а также в средствах передачи информации. Техническим результатом является понижение уровня фазового шума выходного СВЧ-сигнала. Импульсный СВЧ-усилитель мощности на GaN...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501155
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.02.2014
№216.012.a3be

Биполярный транзистор на основе гетероэпитаксиальных структур и способ его изготовления

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники. Биполярный транзистор, выполненный на основе гетероэпитаксиальных структур SiGe, включает подложку из высокоомного кремния с кристаллографической ориентацией (111), буферный слой из нелегированного кремния, субколлекторный слой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507633
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3bf

Полупроводниковый прибор и способ его изготовления

Изобретение относится к области полупроводниковой техники. Полупроводниковый прибор включает утоненную подложку из монокристаллического кремния р-типа проводимости, ориентированного по плоскости (111), с выполненным на ней буферным слоем из AlN, поверх которого выполнена теплопроводящая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507634
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.04.2014
№216.012.b0d1

Активный фазовращатель (варианты)

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - повышение надежности устройства. Активный фазовращатель, выполненный на полупроводниковых приборах на основе SiGe и включающий широкополосный квадратурный полифазный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510980
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b7a7

Биполярный транзистор

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. Биполярный транзистор, изготовленный на основе гетероэпитаксиальных структур, включает сапфировую подложку, на которой последовательно размещены буферный слой из нелегированного GaN, субколлекторный слой из сильнолегированного GaN n-типа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002512742
Дата охранного документа: 10.04.2014
27.05.2014
№216.012.cb36

Биполярный транзистор свч

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники. Биполярный транзистор СВЧ на основе гетероэпитаксиальных структур включает последовательно размещенные на подложке из монокристаллического кремния р-типа проводимости буферный слой из A1N, слой из поликристаллического алмаза,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517788
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.06.2014
№216.012.cdf7

Свч-транзистор

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний. СВЧ-транзистор содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518498
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d024

Мощный транзистор свч

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения. Мощный транзистор СВЧ содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519055
Дата охранного документа: 10.06.2014
+ добавить свой РИД