×
20.09.2015
216.013.7cc0

МОЩНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СВЧ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002563533
Дата охранного документа
20.09.2015
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области создания полупроводниковых изделий, а именно к мощному переключателю СВЧ на основе соединения галлия, содержащему подложку, поверх которой размещена эпитаксиальная гетероструктура и барьер Шоттки. Технический результат заключается в уменьшении теплового сопротивления мощных переключателей, повышении уровня допустимой входной мощности, повышении скорости переключения, повышении надежности приборов, уровня радиационной стойкости и в снижении утечки тока затвора и уровня деградации. Для этого переключатель СВЧ изготовлен на нитриде галлия, где в качестве подложки использован сапфир. Затем последовательно размещены: буферный слой AlN, буферный слой из GaN, второй буферный слой из нелегированного нитрида галлия (i-тип), твердый раствор AlGaN, и в интерфейсе GaN/AlGaN гетероструктуры образован двумерный электронный газ высокой плотности, который служит нижней обкладкой конденсатора, поверх твердого раствора AlGaN размещен химически устойчивый сглаживающий слой из нитрида галлия, поверх которого нанесен диэлектрик, содержащий слой из двуокиси гафния. Поверх диэлектрика размещены металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку конденсатора, при этом переключатель содержит два конденсатора, образующие двойные ВЧ-ключи. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области создания полупроводниковых изделий и может быть использовано при создании нового поколения СВЧ элементной базы и интегральных схем на основе гетероструктур широкозонных полупроводников, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ электромагнитных колебаний. Развитие радиолокационной, связной и навигационной техники требует создание дискретных полупроводниковых приборов, в частности полупроводниковых переключателей. Высокоскоростные мощные переключающие элементы являются ключевыми компонентами радиолокационных модулей приемника/передатчика, беспроводной и воздушно-космической связи, мощных преобразователей, фазовращателей и т.д.

Среди переключателей наиболее широко применяются мощные СВЧ переключатели на диодах. Большинство переключательных СВЧ-диодов имеют p-i-n структуру, так как диоды с p-i-n структурой отличаются меньшей барьерной емкостью, которая к тому же очень слабо зависит от напряжения, и это препятствует возникновению дополнительных частотных искажений полезного сигнала.

Недостатком переключательных СВЧ диодов с p-i-n структурой является инерционность процесса рассасывания носителей зарядов из i-слоя при переключении диода с прямого направления на обратное, так как толщина слоя может составлять несколько десятков микрометров, а скорость движения носителей заряда ограничена.

Значительно большую скорость переключения можно получить при использовании диодов Шоттки, изготовленных на арсениде галлия. Однако уровень переключаемой СВЧ мощности при этом на несколько порядков ниже, чем при применении переключательных СВЧ диодов с p-i-n структурой.

Известен переключатель СВЧ, содержащий соединение трех линий передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна линия передачи предназначена для входа СВЧ-сигнала, две другие - для выхода, каждая из двух линий передачи на выходе снабжена по крайней мере одним электронным ключом, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шоттки, при этом их стоки соединены с линиями передачи на выходе, истоки - с линией передачи на входе, а на затворы подают постоянное управляющее напряжение (см. Патент РФ №2072593, опубл. 27.01.1997).

Недостатками известного устройства являются низкая надежность, обусловленная прямыми потерями СВЧ-сигнала.

Кроме того, из уровня техники известен переключатель СВЧ, который включает полевой транзистор на арсенидных гетеропереходах AlGaAs/GaAs с подложкой из GaAs (патент США №5214275, опубл. 25.05.1993).

Недостатком известного устройства является также низкая надежность, обусловленная низкой подвижностью ДЭГ и небольшой плотностью тока.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в уменьшении теплового сопротивления мощных переключателей, повышении уровня допустимой входной мощности, повышении скорости переключения, повышении надежности приборов, уровня радиационной стойкости и в снижении утечки тока затвора и уровня деградации.

Технический результат обеспечивается тем, что мощный переключатель СВЧ на основе соединения галлия, содержащий подложку, поверх которой размещена эпитаксиальная гетероструктура и барьер Шоттки. Переключатель СВЧ изготовлен на нитриде галлия, где в качестве подложки использован сапфир. Затем последовательно размещены буферный слой A1N, буферный слой из GaN, второй буферный слой из нелегированного нитрида галлия (i-тип), твердый раствор AlXGa1-XN, и в интерфейсе GaN/AlXGa1-XN гетероструктуры образован двумерный электронный газ высокой плотности, который служит нижней обкладкой конденсатора, поверх твердого раствора AlXGa1-XN размещен химически устойчивый сглаживающий слой из нитрида галлия, поверх которого нанесен диэлектрик, содержащий слой из двуокиси гафния. Поверх диэлектрика размещены металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку конденсатора, при этом переключатель содержит два конденсатора, образующие двойные ВЧ-ключи.

В соответствии с частным случаем выполнения диэлектрик содержит дополнительный слой из оксида алюминия

Сущность настоящего изобретения поясняется иллюстрацией, на которой изображено настоящее устройство.

На фиг.1 отображены следующие конструктивные элементы:

1 - подложка из слоя сапфира;

2 - буферный слой из A1N;

3- буферный слой из GaN;

4 - слой из GaN i типа;

5- слой твердого раствора AlXGa1-XN;

6 - нижная обкладка конденсатора, образованная ДЭГ в интерфейсе AlGaN/GaN;

7 - сглаживающий слой из нитрида галлия;

8 - диэлектрик, включающий слой из HfO2;

9 - металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку конденсатора.

Настоящее устройство производят следующим образом. На подложке из сапфира 1 толщиной 150-200 мкм последовательно размещены буферный слой нитрида алюминия 2 толщиной 0,7 нм, эпитаксиальная структура на основе широкозонных III-нитридов в виде слоев 3-6, состоящих из второго буферного слоя 3 из GaN толщиной 200 нм, нелегированного слоя 4 из GaN i-типа толщиной 200 нм, слоя твердого раствора AlXGa1-XN 5 толщиной 4,5 нм, а в интерфейсе AlXGa1-XN/GaN гетероструктуры с двумерным электронным газом высокой плотности образована нижняя обкладка 6 конденсатора. Поверх твердого раствора 5 AlXGa1-XN последовательно размещены сглаживающий слой нитрида галлия 7 толщиной 3-8 нм, слой двуокиси гафния 8 в качестве диэлектрика и слой металлического электрода 9 полосковой формы, который образует верхнюю обкладку конденсатора. При изготовлении сверхмощных переключателей в качестве диэлектрика 8 используются слой из двуокиси гафния, поверх которого размещается дополнительный слой оксида алюминия (при необходимости повышения прочности слоя диэлектрика). Двуокись гафния является представителем наиболее перспективных диэлектрических материалов для ДГМОП переключателей в качестве пассивирующего слоя и подзатворного диэлектрика. Этот материал обладает высокими диэлектрической проницаемостью (К=20-25) и шириной запрещенной зоны Eg=5,8 эВ, а также термодинамически стабилен в диапазоне рабочих температур рассматриваемых устройств. Кроме того, двуокись гафния, как диэлектрический материал для устройств емкостно соединенных контактами с изолированным затвором, имеет высокую диэлектрическую проницаемость и пригоден для более низких пороговых напряжений и более сильной емкостной связи, высокую электрическую прочность диэлектрика для более высоких пробивных напряжений и низкую плотность состояния границы раздела.

При необходимости повышения электрической прочности диэлектрика 8, поверх слоя 8 размещается слой оксида алюминия. Использование слоев из двуокиси гафния 8 и оксида алюминия позволяет минимизировать утечки тока и увеличить значение напряжения пробоя.

Слой из AlGaN 5 предназначен для образования в гетеропереходе AlGaN/GaN, в его приповерхностном слое проводящего канала (двумерного электронного газа (ДЭГ) с высокой подвижностью носителей заряда), возникающего за счет разрыва зон и поляризационных эффектов при образовании гетероперехода AlGaN/GaN. Основным требованием к этому слою является структурное совершенство, достаточное для обеспечения высокой подвижности электронов и высокого сопротивления. Поэтому канальный слой не легируется, а в ряде случаев используются специальные приемы для обеспечения необходимого сопротивления. Между буферным слоем из нитрида алюминия 2 и буферным слоем из нитрида галлия 4 i-типа располагается переходная область в виде второго буферного слоя из нитрида галлия 3, которая служит для уменьшения рассогласования параметров решетки и растущих на ней эпитаксиальных слоев. Между слоем твердого раствора AlXGa1-XN 5 (канал) и диэлектрическим слоем 8 HfO2 размещен дополнительный слой из химически более стабильного, по сравнению с AlGaN материалом 5, слой 7 из нитрида галлия (сглаживающий слой). В процессе изготовления экспериментальных образцов переключателей в гетероструктуре кристалла переключателя вместо буферного слоя нитрида галлия 3 был опробован дополнительный буферный слой в виде короткопериодной сверхрешетки AlGaN/GaN, что позволило существенно снизить плотность ростовых дефектов и улучшить электрическую изоляцию между каналом переключателя и подложкой.

Таким образом, в данном изобретении предлагается конструкция переключателя, которая позволяет использовать емкостно соединенные контакты. Два соединенных "спина к спине" конденсатора (ДГМОП) образуют двойные ВЧ-ключи, тем самым устраняя потребность в омических контактах, где процесс металлизации обходится без отжигов контактов. Состав конструкции с емкостно двойными соединенными контактами входит МОП транзистор с гетероструктурой AlGaN/GaN в качестве полупроводника. Приведенная конструкция переключателя сочетает преимущества структуры МОП (очень низкий ток утечки затвора) и AlGaN-GaN гетероперехода (канал ДЭГ высокой плотности с высокой подвижностью). Это приводит к очень низкому поверхностному сопротивлению канала, ниже 300 Ω/квадрат и рекордно высоким токам насыщения, свыше 1 А/мм, а мощность переключения превышает 60 Вт/мм. Использование слоя HfO2 как диэлектрика затвора обеспечивает поверхностную пассивацию и имеет более низкие токи утечки.

Низкое сопротивление в открытом состоянии возникает в результате чрезвычайно высокой плотности носителей в канале - сверх 1013 см-2, высокой подвижности электронов до 2500 см2/В·с, высоких полей пробоя и широкого диапазона рабочих температур в пределах от криогенного до 300оС или даже выше. Конструкция переключателя обеспечивает повышенную радиационную стойкость и пониженную деградацию.

Предлагаемое устройство может быть использовано для мощных переключателей, ограничителей мощности, фазовращателей аттенюаторов и других мощных ВЧ-устройств.


МОЩНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СВЧ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 31.
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
10.11.2013
№216.012.8007

Способ изготовления свч ldmos транзисторов

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике и обеспечивает создание способа изготовления мощных кремниевых СВЧ LDMOS транзисторов с уменьшенным шагом транзисторной ячейки, улучшенными частотными и энергетическими параметрами и повышенным процентом выхода годных структур. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498448
Дата охранного документа: 10.11.2013
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
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
10.05.2014
№216.012.c0df

Способ изготовления транзисторной свч ldmos структуры

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике и направлено на создание базового процесса изготовления мощных кремниевых СВЧ LDMOS структур и транзисторов на более доступном и менее дорогостоящем технологическом оборудовании, способных работать в диапазоне частот до 3,0-3,6 ГГц...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515124
Дата охранного документа: 10.05.2014
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.d023

Мощный транзистор свч с многослойной эпитаксиальной структурой

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,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519054
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
Показаны записи 1-10 из 39.
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
10.11.2013
№216.012.8007

Способ изготовления свч ldmos транзисторов

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике и обеспечивает создание способа изготовления мощных кремниевых СВЧ LDMOS транзисторов с уменьшенным шагом транзисторной ячейки, улучшенными частотными и энергетическими параметрами и повышенным процентом выхода годных структур. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498448
Дата охранного документа: 10.11.2013
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
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
10.05.2014
№216.012.c0df

Способ изготовления транзисторной свч ldmos структуры

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике и направлено на создание базового процесса изготовления мощных кремниевых СВЧ LDMOS структур и транзисторов на более доступном и менее дорогостоящем технологическом оборудовании, способных работать в диапазоне частот до 3,0-3,6 ГГц...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515124
Дата охранного документа: 10.05.2014
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.d023

Мощный транзистор свч с многослойной эпитаксиальной структурой

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,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519054
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