ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С СУБМИКРОННЫМ ЗАТВОРОМ ШОТТКИ

Полезная модель полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки относится к области электронной техники и может быть использована при изготовлении полевых транзисторов с барьером Шоттки (ПТШ) на арсениде галлия.
+
+
+
i
Известна конструкция ПТШ с Т-образным затвором, сформированным в окне диэлектрика и канавке в n слое, см. патент РФ №2131631. Эта конструкция ПТШ включает в себя: подконтактный n слой, рабочий n слой, n буферный слой, полуизолирующую подложку, омические контакты стока и истока, самосовмещенный с канавкой в n слое Т-образный затвор, сформированный в окне диэлектрика. Недостатком конструкции является ее нетехнологичность и невоспроизводимость размеров элементов.
Известна конструкция ПТШ, выбранная за прототип, с Т-образным затвором, сформированным в окне диэлектрика, зауженном специальными диэлектрическими вставками - см. Самсоненко Б.Н. "Формирование субмикронных затворов с использованием контактной фотолитографии" - Электронная промышленность, №2, 1995 г., стр.46 и 47.
+
+
i
Эта конструкция включает в себя: подконтактный n слой, рабочий n слой, буферный n слой, полуизолирующую арсенид галлиевую подложку, омические контакты стока и истока, самосовмещенный с канавкой в n слое, Т-образный затвор, сформированный в окне из основного диэлектрика, зауженном специальными вставками из вспомогательного диэлектрика.
+
+
Недостатком конструкции является малая прочность сцепления вставок из вспомогательного диэлектрика со стенкой окна из основного диэлектрика, в результате чего, при травлении канавки в арсениде галлия для удаления n слоя толщиной более 0,15 мкм перед напылением затвора, вставки разрушаются и окно расширяется до прежних размеров. Это не позволяет увеличивать толщину n слоя более толщины n слоя, что необходимо для уменьшения сопротивления канала, увеличения пробивных напряжений, улучшения шумовых и усилительных свойств транзистора.
Технической задачей полезной модели является улучшение электрических параметров полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки.
+
+
i
Эта задача решается тем, что предлагаемая полезная модель полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки, содержит подконтактный n слой, рабочий n слой, буферный n слой, омические контакты стока и истока, самосовмещенный с канавкой в n
+
+
слое Т-образный затвор, сформированный в окне из основного диэлектрика, зауженном специальными вставками из вспомогательного диэлектрика и канавке в n слое, причем, основной диэлектрик содержит несколько слоев имеющих разную скорость травления, боковая поверхность окна в основном диэлектрике содержит выступы и впадины, а поверхность, выполненных в окне вставок из вспомогательного диэлектрика, обращенная к боковой поверхности окна, содержит ответные ее впадины и выступы, при этом толщина подконтактного n слоя в 3-4 раза больше толщины рабочего n слоя.
На фиг.1 схематически изображен разрез активной структуры полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки, конструкция которого принята за прототип.
На фиг.2 схематически (в разрезе) изображена конструкция предлагаемой полезной модели полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки.
+
+
+
i
Полевой транзистор с субмикронным затвором Шоттки содержит подконтактный n слой 1, рабочий n слой 2, буферный n слой 3, полуизолирующую подложку 4, омический контакт истока 5, омический контакт стока 6, канавку в подконтактном n слое 7, основной диэлектрик 8, окно в основном диэлектрике 9, зауженное вставками из вспомогательного диэлектрика 10, самосовмещенный с канавкой в подконтактном n слое, Т-образный затвор, состоящий из верхней 11 и нижней 12 части.
+
Принцип работы полевого транзистора заключается в следующем. На омические контакты стока 6 и истока 5 подается постоянное напряжение. В результате от истока 5 к стоку 6 через n слой 1 и n слой 2 протекает ток. Уровень тока задается подачей напряжения на затвор 11, 12. Переменный сигнал, который нужно усилить подается на затвор 11, 12 и исток 5. Усиленный сигнал снимается с контактов стока 6 и истока 5.
Ш
УР
Параметры полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки (прежде всего коэффициент шума - К и коэффициент усиления по мощности - К) определяются:
+
- толщиной применяемого подконтактного n слоя 1, чем он толще, тем меньше паразитные сопротивления истока и стока;
+
- глубиной канавки в подконтактном n слое 7, чем она глубже, тем выше пробивные напряжения стока и истока;
- конструкцией затвора, которая должна обеспечивать его минимальное омическое сопротивление.
Ш
УР
Выполнение этих требований позволяет существенно уменьшить К и увеличить К полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки.
+
Предлагаемая конструкция полезной модели позволяет увеличить, по сравнению с прототипом в 3-4 раза толщину подконтактного n слоя и соответственно глубину
+
канавки в n слое за счет того, что вставки из вспомогательного диэлектрика имеют более прочное крепление к боковым стенкам окна в основном диэлектрике, не разрушаются в процессе травления канавки под затвор и тем самым улучшают электрические параметры.
Согласно предложенной полезной модели были изготовлены полевые транзисторы с субмикронным затвором Шоттки на основе арсенида галлия.
Первая конструкция ПТШ, фиг.2, содержит:
+
i
- исходный материал эпитаксиальная структура арсенида галлия со слоями n-n-n типа, ориентацией (100):
+
18
-3
- подконтактный n слой 1, концентрация 5,0·10 см, толщина 0,35 мкм;
17
-3
- рабочий n слой 2, концентрация 2,5·10 см, толщина 0,12 мкм;
i
- буферный n слой 3;
- основной диэлектрик 8, суммарной толщиной 0,8 мкм, состоящий из трех слоев:
2
- SiO (плазмохимический), 0,5 мкм;
2
- SiO (термический), 0,15 мкм;
3
4
- SiН (катодный), 0,15 мкм;
- окно в основном диэлектрике 9, размер окна 1,0 мкм;
- диэлектрические вставки 10;
+
- канавка в подконтактном n слое 7, глубина канавки 0,3-0,4 мкм;
- верхняя часть Т-образного затвора 11, ширина затвора 800 мкм;
- нижняя часть Т-образного затвора 12, длина затвора 0,3 мкм. Размеры конструктивных элементов в сравнении с прототипом представлены в таблице 1, а параметры полевого транзистора в таблице 2.
Вторая конструкция ПТШ, фиг.2, содержит:
+
i
- исходный материал эпитаксиальная структура арсенида галлия n-n-n типа, ориентацией (100):
+
18
-3
- подконтактный n слой 1, концентрация 5,0·10 см, толщина 0,3 мкм;
17
-3
- рабочий n слой 2, концентрация 2,5·10 см, толщина 0,1 мкм;
i
- буферный n слой 3;
- основной диэлектрик 8, суммарной толщиной 0,8 мкм, состоящий из двух слоев:
2
- SiO (плазмохимический), 0,5 мкм;
3
4
- SiN (катодный), 0,3 мкм;
- окно в основном диэлектрике 9, размер окна 1,0 мкм;
- диэлектрические вставки 10;
+
- канавка в подконтактном n слое 7, глубина канавки 0,3-0,35 мкм;
- верхняя часть Т-образного затвора 11, ширина затвора 150 мкм;
- нижняя часть Т-образного затвора 12, длина затвора 0,2 мкм.
Размеры конструктивных элементов полевого транзистора в сравнении с прототипом представлены в таблице 1, а параметры в таблице 2.
Таблица 1
Размеры конструктивных элементов
Прототип
Предлагаемая конструкция
№1
№2
Вариант 1
Вариант 2
Толщина n<sup>+</sup> слоя
0,1 мкм
0,1 мкм
0,35 мкм
0,3 мкм
Максимально достижимая глубина канавки
0,1 мкм
0,1 мкм
0,3-0,4 мкм
0,3-0,35 мкм
Нижняя часть Т-образного затвора (длина затвора)
0,3 мкм
0,2 мкм
0,3 мкм
0,2 мкм
Ширина затвора
800 мкм
150 мкм
800 мкм
150 мкм
Таблица 2
ПараметрыТипы
Ширина затвора
Пробивное напряжение затвор-сток, исток
К<sub>Ш МИН</sub>
К<sub>УР ОПТ</sub>
Прототип
800 мкм
~2,0 В
4,0 ГГц:
4,0 ГГц:
0,4 дБ
11,0 дБ
150 мкм
~2,0 В
12,0 ГГц:
12,0 ГГц:
0,8 дБ
11,0 дБ.
Предлагаемая полезная модель
800 мкм
~9-10 В
4,0 ГГц:
4,0 ГГц:
0,3 дБ
13,0 дБ
150 мкм
~9-10 В
12,0 ГГц:
12,0 ГГц:
0,6 дБ
13,0 дБ.
+
+
Из приведенных таблиц 1 и 2 видно, что предлагаемая конструкция ПТШ позволяет за счет того, что основной диэлектрик содержит несколько слоев, имеющих разную скорость травления, формировать боковую поверхность окна в основном диэлектрике, которая содержит впадины и выступы и диэлектрические вставки из вспомогательного диэлектрика с ответными выступами и впадинами, что повышает прочность их взаимного сцепления. Благодаря этому повышается стойкость диэлектрических вставок к действию травителя при вытравливании канавки в подконтактном n слое, и это в свою очередь позволяет увеличить толщину подконтактного n слоя и в 3-4 раза, по сравнению с прототипом, что необходимо для улучшения электрических параметров ПТШ.