Надвисокочастотний p-i-n-діод з карбіду кремнію

Надвисокочастотний р-і-n діод з карбіду кремнію, який містить напівпровідникову структуру визначеної геометрії, з необхідними рівнями легу 3 температурі 1500°С. Меза-структури, діаметром 60-1200мкм були сформовані реактивним іонним травленням в суміші CF4-O2 крізь А1/Ni маску. Поверхня приладу покривалась пасивуючою плівкою SіO2 товщиною 15мкм при температурі 1100°С. Омічна контактна система Al-Ti-Ni до р- і nшарів були одержана вакуумним випаровуванням із наступною термічною обробкою при температурі 800°С в атмосфері аргону, що покращувало адгезію і зменшувало опір контактної системи. Розроблені авторами прилади показали високі технічні параметри: 1) висока пробивна напруга - 4,2кВ; -3 2) низький опір приладу - 4,6·10 Ом·см; -7 3) час перемикання - 0,18·10 с; 4) робоча температура - 230°С. Цей прилад є прототипом для корисної моделі, яка заявляється. Недоліком цієї розробки є неможливість використання р-і-n діодів за високих температур в вказаних раніше НВЧ пристроях через недосконалу контактну систему та відсутність діелектричного корпусу з необхідними електричними параметрами. Метою пропонованої корисної моделі є підняття робочої температури р-і-n діода в складі з діелектричним корпусом для комплектування мікросмужкових і хвилевідних пристроїв НВЧ. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена мета удосконалення конструкції прототипу для досягнення такого технічного результату, як збільшення температур роботи перемикаючого діода в складі діелектричного корпуса до 400°С. Вказане технічне рішення - забезпечення максимальної допустимої робочої температури р-і-n діода досягається за рахунок використання р-і-n структури з карбіду кремнію, відповідної контактної системи до цієї структури, кільцевого діелектричного корпуса з необхідною металізацією, пасивуючого покриття поверхні напівпровідникової структури та гнучкого електричного вводу до контактної системи. Зазначений технічний результат досягається за рахунок того, що в надвисокочастотному р-і-n діоді, що містить в собі напівпровідникову структуру визначеної геометрії, з необхідними рівнями легування р- і n-шарів, до протилежних сторін якої сформовані омічні контакти, до того ж р-область захищена пасивуючою плівкою двоокису кремнію, яка відрізняється тим, що р-і-n структура з карбіду кремнію нижньою n-областю з контактною системою закріплена осесиметрично в діелектричному кільцевому корпусі за допомогою нижньої нікельованої кришки, площини якого металізовані, а електричний вивід зі сторони р-області виконаний у вигляді гнучкої золотої смужки визначеної ширини і товщини, з'єднується з верхньою нікельованою кришкою, яка закріплена на верхній площині кільцевого корпусу, при цьому вся р-область з виводом вкрита пасивуючим шаром легкоплавкого скла. Новими ознаками, які має технічне рішення, яке заявляється, у порівнянні із прототипом, є контактна система до карбіду кремнію, осесиметричне розміщення і закріплення напівпровідникової структури всередині металізованого діелектрично 46834 4 го корпусу, гнучкий електричний вивід до контакту зі сторони р, та пасивація поверхні напівпровідникової структури шаром легкоплавкого скла. Перелічені ознаки які присутні в корисній моделі, що заявляється, по сукупній дії дають змогу надійно працювати приладу при температурах до 400° С. Можливість здійснення корисної моделі, що заявляється, пояснюється на Фіг. Високотемпературна омічна контактна система до р-і-n структури з карбіду кремнію 1 була виконана шляхом вакуумного напилення шарів Ті, та Ni (2, 3) з наступним відпалом при температурі 850-1150°С. Для більш ефективної роботи контактної системи при високих температурах по поверхні шару Ni формувався антидифузійний шар боридів титану або цирконію 4. Цей шар запобігає проникненню матеріалу з'єднувального шару 5 в об'єм р-і-n структури крізь контактну систему, що і забезпечує стабільну роботу приладу при високих температурах. Діелектричний кільцевий корпус 6 виконаний з високотемпературного матеріалу (рубін, сапфір або кераміка), має металізацію плоских поверхонь, яка теж здатна працювати при високих температурах. Гнучкий вивід 7 з'єднує контактну систему сторони р з верхньою кришкою 9 і забезпечує надійність електричного з'єднання при багаторазових термічних циклах вмикання і вимикання. Для надійної роботи приладу вся поверхня р-і-n структури з карбіду кремнію вкрита шаром пасивуючого діелектрика 10, який забезпечує високу пробивну напругу, зменшує струми втрат і зберігає свої пасивуючі властивості при високих температурах, рівнях НВЧ потужності і високих частотах перемикання. Таким чином, всі розглянуті складові частини надвисокочастотного р-і-n діода з карбіду кремнію можуть функціонувати при високих температурах і витримувати багаторазові цикли різкого підняття і зниження температур, що дає змогу надійно працювати всьому приладу в екстремальних умовах. Варіант практичної реалізації корисної моделі, в якій використані ознаки, що заявляються. Напівпровідникова р-і-n структура 1, виготовлена з карбіду кремнію політипу 4SiC. Після відпалу цієї структури з шарами Ті і Ni, утворились сполуки ТіС та силіциди нікелю (Nі2Sі, Ni3Sі), які забезпечили надійний низькоомний контакт з карбідом кремнію. В ролі антидифузійного шару 4 служить ТiВ2. З'єднувальний шар 5 сформований з Аu. Гнучкий електричний вивід 7 з Аu приварювався до контакту рі-n структури 5 і металізованого торця 11 рубінового корпуса способом термокомпресії. Двохшарова металізація 11 діелектричного корпуса складалась з шарів Ті-Сr. Корпус зварювався і герметизувався, кришками 9 способом дифузійної зварки. В якості пасивуючого шару 10 було використано скло С732. Розроблений діод в діелектричному герметичному корпусі використовувався в перемикачах, атенюаторах та інших НВЧ пристроях на частотах до декількох десятків ГГц. Прямий струм крізь діод досягав декількох сотень мА. Зворотній струм не 5 46834 перевищував величини 100мкм, що складає 0,01% від прямого. Пробивна напруга діода складає 5001500В. Час перемикання НВЧ сигналу досягає -8 5·10 с. Термін безвідмовної роботи приладу становить 1000 годин. В порівнянні з прототипом швидкодія заявленого діода зросла в 3,6 рази. Це Комп’ютерна верстка О. Рябко 6 є додатковим технічним результатом корисної моделі, що заявляється. Таким чином, технічне рішення, що заявляється, «Надвисокочастотний р-іn діод з карбід а кремнію» є новим і має винахідницький рівень. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601