Діод ганна з фосфіду індія

Діод Ганна, що містить епітаксіальну структуру n++- n+- n, до якої зі сторін n++ та n виконані омі 3 49990 сокочастотний діод із арсеніду галію, заявлений 16.12.04р., опублікований 15.08.05р. В цьому технічному рішенні для збільшення частоти генерації на катодному контакті створюється бар'єр висотою біля 0,25еВ, через який інжектуються електрони, енергія яких є близькою до енергії міждолиного переходу, за рахунок оптимізації компонентного складу контакту, технології нанесення та термічної обробки. Не зважаючи на високі технічні параметри приладу, який виконано за вказаним патентом, йому притаманні слідуючи недоліки: значні механічні напруження, внесені в n - шар при епітіксіальному вирощуванні і формуванні омічного контакту до n++-шару; високий контактний опір анодного контакту та низька теплопровідність шару n++. Переліченні чинники не дають змоги в розглянутому прототипі досягти необхідної потужності генерації в діапазоні до 200ГГц. Високий опір та низька теплопровідність окремих елементів приладу також знижує потужність роботи при високих частотах. Метою запропонованого технічного рішення є значне підвищення технічних характеристик діода Ганна. В основі корисної моделі поставлена задача розробка діода Ганна, який може надійно працювати в діапазоні частот 100-200ГГц, віддаючи в узгоджене навантаження максимальну потужність. Вказаний технічний результат досягається за рахунок того, що в діоді Ганна, який містить в собі епітаксіальну структуру n++-n+-n з арсеніду галію, до якої зі сторін n++ та n виконані омічні контакти з контактуючі приєднувальними шарами, між якими сформовані антидиффузійні шари з діборида ти 4 тану або діборида цирконія, при цьому вся епітаксійна структура вісесеметрично розміщена і закріплена в діелектричному кільцевому корпусі, в якому до верхньої та нижньої площин виконана металізація, при допомозі якої та гнучкого плоского провідника виконаний електричний вивід до сторони n++, а до сторони n - через проміжний шар тепло відводу, який відрізняється тим, що з метою досягнення високих технічних характеристик (стабільна та надійна робота приладу в діапазоні частот 100-200ГГц при віддачі максимальної НВЧ потужності в узгодженому навантаженні), епітаксіальна структура виконана з фосфіду Індію, а між шарами n++ та n-типу замість шару n+ створено проміжний шар пористого фосфіду Індію визначеної товщини d=8-10мкм і необхідної провідності. Новими ознаками, які має технічне рішення, що заявляється у порівнянні із прототипом, є виконання епітаксіальної структури з фосфіду Індію, наявність шару фосфіду Індію між шарами та товщина якого 8-10мкм з необхідними параметрами. Виконання діода Ганна з означеними характеристиками, дає змогу отримати технічний результат, що заявляється - одержати високі технічні параметри приладу в діапазоні частот 100-200ГГц. Можливість виконання корисної моделі підтверджується малюнком: Фіг.1 - Схематичне зображення діоду Ганна з фосфіду Індію. Діод Ганна виконувався з епітаксіальної структури n-n++ фосфіду Індію, вирощеної на підкладці ++ n з попередньо створеним по ростовій поверхні пористим шаром фосфіду Індію (табл.1). Таблиця 1 Тип структури n-n++ стандартна підкладка n-n++ пориста підкладка п, см-3 R, м Ng,см-2 2450 1,11016 20 3×104 3100 1,11016 см2/Вс 3×102 Де: - рухливість основних носіїв (електронів) в n-шарі InР; n - концентрація основних носіїв в n-шарі ІnР; R - радіус кривизни структури n-n++-ІnР; Ng - щільність дислокацій в n-шарі INP. Катодний контакт, сформований на основі сплаву Au:Ge=97:3 який містить антидифузійний шар з TiB2(ZrB2) з подальшим його покриттям золотою плівкою, дає змогу створити низькоомічний низькобар'єрний інжектуючий омічний контакт із зменшеною довжиною «мертвої» зони. В табл.2 приведені результати вимірювання контактного опору к катодного контакту діодів Ганна в залежності від складу золотогерманієвого сплаву для стандартної підкладки та підкладки з пористим шаром товщиною біля 10мкм. Таблиця 2 Склад сплаву Au-Ge (12% Ge) Au-Ge (8%) Au-Ge (3%) Au-Ge (1%) Au Пориста підкладка ІnР 710-6 710-6 10-6 10-5 610-5 до, Ом·см2 Стандартна підкладка ІnР 10-5 810-6 2,710-6 510-5 210-4 до, Ом·см2 5 Із наведених в табл. 2 даних видно, що незалежно від типу підкладки ІnР (стандартна чи пориста) в залежності від складу золотогерманієвого сплаву мінімальна величина к спостерігається для сплаву 97% Au і 3% Ge вагових. Сплав AuGe (12%) при вибраній технології створення контактів дозволяє одержати к~(0,7-1)·10-5Ом·см2. Зменшення вагового складу Ge в сплаві до величини 1% обумовлює збільшення к. Разом з тим, величина к, виміреного на пористій підкладці менше, 49990 6 ніж на стандартній для всіх вимірюваних зразків, що обумовлено більш високою однорідністю та структурною досконалістю вирощених на пористих підкладках епітаксіальних шарів ІNР. Параметри ІNР діодів Ганна, виготовлених на основі епітаксіальних шарів n-типу, вирощених на стандартних і пористих підкладках ІNР з контактами на основі золотогерманієвого сплаву 97% Au і 3% Ge вагових приведені в таблиці 3. Таблиця 3 СВЧ параметри діодів Стандартна підкладка Пориста підкладка з товщи- Пориста підкладка з товщиною Ганна ною10мкм пористого шару 4мкм f. Ггц 160 160 160 Р, мВт 10 15 12 f, Ггц 200 200 200 Р, мВт 2 4.5 2.8 З приведених в таблиці 3 даних витікає, що діоди Ганна, виготовлені на епітаксіальних шарах, вирощених на пористих підкладках ІnР з товщиною пористого шару - 10мкм на частотах 160ГГц та 200ГГц мають максимальну вихідну потужність в 1,5 та 2,25 рази вище, ніж діоди Ганна, виготовлені на стандартних епітаксіальних структурах ІnР. Зменшення товщини пористого шару приводить до зменшення максимальної вихідної потужності. Створення пористого шару товщиною більше 10мкм приводить до зменшення вихідної потужності за рахунок зменшення теплопровідності. Формування пористого шару товщиною менше 1мкм нівелює релаксаційні процеси при нарощуванні епітаксіальних шарів, що зводить до мінімуму переваги пористої підкладки. На Фіг.1 схематично зображено варіант виконання діода Ганна з відмінними ознаками, які заявляються. Епітаксіальна структура з фосфіду Індію 1, між шарами n++ та n розміщений пористий шар фосфіду Індію 2. Товщина шару 2, як показано вище, знаходиться в межах 6-10мкм. До поверхонь n++ та n фосфіду Індію виконані омічні контакти 3.3а омічними контактами створювались антидиффузійні шари 4 з діборида титана або діборида цирконія, за якими створювались контактуючі приєднувальні шари із золота 5. До межах 8÷10мкм. До поверхонь n++ та n фосфіду Індію виконані омічні контакти 3. 3а омічними контактами створювались антидиффузійні шари 4 з діборида титана або діборида цирконія, за якими створювались контактуючі приєднувальні шари із золота 5. До верхнього шару із золота приварювався гнучкий золотий вивід 6. Нижній приєднувальний шар 5 також виконує функції тепловідводу. При допомозі металізації 7, епітаксіальні структури з контактними системами були вісесиметрично закріплені в діелектричному корпусі 8 завдяки верхній та нижній кришкам 9. Виконані діоди Ганна з фосфіду Індію, згідно заявленої корисної моделі, показали надійну роботу протягом 1000 годин в складі генератора мікрохвильового випромінювання. Діючі зразки продемонстрували потужність 17,0÷21,0мВт, віддавану в узгоджене навантаження на частоті 160÷165ГГц. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 49990 8 Підписне Тираж 26 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