КОПЛАНАРНЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ СВЧ МОЩНОСТИ МОНОЛИТНОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Полезная модель относится к области полупроводниковой электроники, в частности, к копланарным диодным ограничителям СВЧ мощности, предназначенным для защиты приемников S диапазона.
19
-3
18
-3
14
-3
Из "Уровня техники" известен ограничитель СВЧ мощности монолитной интегральной схемы (МИС) в виде диода, включающего эпитаксиальную структуру арсенида галлия. Толщины и концентрации слоев следующие: верхний p+-слой - 0,3 мкм при концентрации акцепторов, равной 2∗10 см; 1-слой - 2 мкм; нижний n+-слой - 0,5 мкм при концентрации доноров 2∗10см. Концентрация носителей в i-слое была выбрана, равной нижнему пределу для МОС-гидридной эпитаксии и составила 1∗10 см. Толщина полуизолирующей подложки арсенида галлия равна 420 мкм. Омические контакты к p+-слою арсенида галлия выполнены напылением многокомпозиционной системы Pt/Ti/TiN/Ti/Au/Ti на рабочей стороне пластины. В качестве омического контакта использована система металлизации AuGe/Ti/Au. На поверхности готовых структур имеется защитное покрытие из полиамида, поверх которого выполнены гальванические мостики, соединяющие диоды с волноводами (см. АБОЛДУЕВ И.М. и др. "МИС 10 Вт ограничителя СВЧ мощности на GaAs p-i-n диодах", Электронная техника, серия 2, выпуск 1 (226), 2011 г., с. 27-35).
Недостатками известного устройства являются высокое тепловое сопротивление, обусловленное низкой теплопроводностью арсенида галлия.
Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат заключается в уменьшении теплового сопротивления p-i-n диода.
Технический результат обеспечивается тем, что копланарный ограничитель СВЧ мощности выполнен в вице pin диода и включает эпитаксиальную структуру, защитное покрытие на поверхности кристалла, поверх которого выполнены гальванические мостики, соединяющие диоды с волноводами. Эпитаксиальная структура выполнена на основе нитрида галлия, копланарный волновод расположен непосредственно на изолирующем слое CVD поликристаллического алмаза, а интегральный теплоотвод представляет собой двухслойную структуру из изолирующего слоя CVD поликристаллического алмаза, покрытого нелегированным слоем твердого раствора AlGaN в области расположения n+-слоя pin диода.
Сущность настоящей полезной модели поясняется иллюстрацией, на которой в разрезе отображено настоящее устройство.
На иллюстрации отображены следующие конструктивные элементы:
1 - теплопроводящий слой CVD поликристаллического алмаза - подложка:
x
1-x
2 - промежуточный эпитаксиальный слой из твердого раствора AlGaN, где 0≤x≤1, толщиной ≥0,15 мкм;
3 - сильнолегированный слой n+ из нитрида галлия;
4 - нелегированный i-слой из нитрида галлия;
5 - сильнолегированный слой p+ из нитрида галлия;
6 - омический контакт к p+ области - металлизация Pt/Au;
7 - защитное покрытие из полиамида;
8 - слой золота;
9 - омический контакт к n+ области - металлизация Ti/Al;
10 - металлизация поликристаллического алмаза под слоем золота.
Настоящее устройство изготавливают следующим образом.
x
1-x
При изготовлении интегрального теплоотвода с активной областью p-i-n диода, на базовой подложке из монокристаллического кремния p-типа проводимости, ориентированного по плоскости (III), осаждают вспомогательный эпитаксиальный слой 2 из твердого раствора AlGaN, где 0≤x≤1, толщиной ≥0,15 мкм, на который осаждают слой теплопроводящий слой СУ В поликристаллического алмаза 1, толщиной ≥200 мкм, а базовую подложку удаляют. На базовом слое 2 формируют p-i-n диодную структуру, последовательно выращивая сильнолегированный слой n+ из нитрида галлия 3, толщиной 0,5 мкм, нелегированный i-слой из нитрида галлия 4, толщиной 2 мкм, сильнолегированный слой p+ из нитрида галлия, толщиной 0,3 мкм. После формирования активной части покрывают защитным покрытием из полиамида 7.
-6
2
В качестве омического контакта 9 к n+-слою используют систему металлизации Ti/Al. Контакт вжигают в вакууме при температуре 850°C, он имеет сопротивление 2∗10 Ом∗см.
Омический контакт 6 к p+-слою создают напылением многокомпозиционной системы Р1/Аи на рабочую сторону пластины. Вжигание контакта проводят в атмосфере кислорода при температуре 600°C, что позволяет получить переходное сопротивление контакта не более 5∗10" Ом∗см.
Активную область диода формируют методами фотолитографии и травления с последующим гальваническим осаждением золота (слои золота 8). Слои золота 8 выполняют к омическому контакту p+-слоя, к омическому контакту n+-слоя, поверх металлизации к CVD поликристаллического алмаза 1.
Вертикальные диодные структуры формируют в процессах ионно-химического и химического травления металлов и прецизионного химического травления. Путем ионно-химического травления металлов и гальванического осаждения золота изготавливают копланарный волновод, размещенный непосредственно поверх изолирующего слоя СУБ поликристаллического алмаза 1.
На поверхность готовых структур наносят защитное покрытие 7 из полиамида, поверх которого формируют гальванические мостики, соединяющие диод с волноводом.
При трехмерном моделировании тепловых процессов с учетом неравномерности распределения СВЧ тока было установлено, что температура нижнего основания у кристалла меньше 20°C, мощность, рассеиваемая диодом, 0,5 Вт. Также было установлено, что перегрев относительно основания в самой горячей точке не превышает 100°C.
Интегральный теплоотвод, который состоит из двухслойной структуры - изолирующего слоя CVD поликристаллического алмаза 1 и нелегированного слоя твердого раствора AlGaN, расположенного в области осаждения n+-слоя pin диода, позволяет уменьшить тепловое сопротивление в 1,5-2 раза и увеличить уровень допустимой входной мощности до 30%, обеспечивая достижение высокого уровня подавления сигнала при большой входной мощности и работу устройства при повышенных температурах. Кроме того, настоящее устройство позволяет обеспечить равномерность распределения СВЧ тока в открытых диодах, увеличить коэффициент отражения, повысить надежность функционирования МИС.