Фосфід-індієвий діод ганна

Реферат: ++ + Фосфід-індієвий діод Ганна містить епітаксійну фосфід-індієву мезаструктуру n -n -n, до якої зі ++ сторін n та n нанесені виконані з Аu з'єднувальні шари, омічні та проміжні шари. Між омічними та проміжними шарами сформовані антидифузійні бар'єри з квазіаморфних шарів ТіВ х. ++ + Епітаксійна фосфід-індієва мезаструктура n -n -n, разом із з'єднувальними, омічними, проміжними шарами та з шарами антидифузійних бар'єрів, вісесиметрично розміщена та закріплена в кільцевому діелектричному корпусі. До торцевих площин корпусу нанесена металізація, за допомогою якої та гнучкого плоского провідника виконаний електричний вивід ++ до сторони n . Сторона n через шар інтегрального тепловідводу механічно та електрично з'єднана з тримачем. Омічні шари виконані з паладію товщиною 10÷20 нм. UA 103208 U (12) UA 103208 U UA 103208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до напівпровідникової надвисокочастотної (НВЧ) електроніки. Особливо необхідні діоди Ганна з фосфіду індію для створення задавальних генераторів, гетеродинів та пристроїв КВЧ-терапії. Прилади з ІnР мають високі значення граничної частоти генерації та більш високий ККД ніж прилади з GaAs. Діоди Ганна з фосфіду індію незамінні для генераторів з високим рівнем вихідної потужності в діапазоні частот вище 60 ГГц та для генераторів з широкою смугою частотного перестроювання. Серед сполук А3В5 діоди Ганна з фосфіду індію мають високе порогове поле, що приводить до більшої розсіювальної потужності (на порядок вище, чим в GaAs). В роботі [1], вибраній нами за аналог, представлені фосфід-індієві діоди Ганна з різними профілями легування. Зменшення "мертвої зони" досягнуто в приладі, який мав профіль + 15 16 -3 легування мезаструктури n -n від 1,010 до 2,310 см у вигляді сходинки шириною 0,1 мкм. Структура з фосфіду індію розміщувалась у циліндричному кварцовому корпусі з діаметром кришки 0,9 мм. Хоча на частоті 193 ГГц досягнуто вихідну потужність 30 мВт, а коефіцієнт перетворення в енергію НВЧ сигналу досягав 0,74 %, проте таке рішення вимагає складного технологічного процесу для отримання сходинки легування. Найближчою до запропонованої корисної моделі є робота [2], вибрана нами за прототип. ++ + Діод Ганна з фосфіду індію, який містить в собі епітаксіальну мезаструктуру типу n -n - n, на протилежних поверхнях якої сформовані омічні контакти із сплаву золото-германій, антидифузійні бар'єри з квазіаморфних шарів ТіВ х, до яких сформовані проміжні шари з молібдену, потім з'єднувальні шари із золота та тепловідвід зі сторони поверхні n. Вся система вісесиметрично розташована в діелектричному корпусі із металізованими протилежними ++ ++ поверхнями. Зі сторони поверхні n при допомозі гнучкого виводу і кришки система n контактна металізація закріплена з верхньою металізованою поверхнею корпуса, а сторона n з контактною металізацією і тепловідводом при допомозі основи з'єднана з нижньою поверхнею корпуса. Омічні контакти сформовані із шару золотогерманієвого сплаву оптимізованого складу (97 % Аu, 3 % Ge). Оптимальна товщина цього сплаву лежала в межах d=2÷40 нм, що забезпечило мінімальне значення опору контактної системи. Цей фосфід-індієвий діод Ганна продемонстрував безвідмовну роботу протягом 1000 годин в складі НВЧ генератора на частоті 100 ГГц. Вихідна потужність в узгодженому навантажені в безперервному режимі становила 3 мВт. Основним недоліком є нестабільна робота фосфід-індієвого діода Ганна при дії високих 60 температур та опромінюванні γ-квантами Со з причини утворення неоднорідного омічного ++ + контакту при використанні золото-германієвого сплаву до мезаструктури n -n -n ІnР. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення стабільності роботи фосфідіндієвого діода Ганна шляхом підвищення його термічної та радіаційної стійкості. Поставлена задача вирішується тим, що включає в себе використання епітаксійної фосфід++ + ++ індієвої мезаструктури n -n -n, до якої зі сторін n та n нанесені виконані з Аu з'єднувальні шари, омічні та проміжні шари, де між омічними та проміжними шарами сформовані антидифузійні бар'єри з квазіаморфних шарів TiBx, і яка, разом із з'єднувальними, омічними, проміжними шарами та з шарами антидифузійних бар'єрів, вісесиметрично розміщена та закріплена в кільцевому діелектричному корпусі, в якому до торцевих площин нанесена металізація, за допомогою якої та гнучкого плоского провідника виконаний електричний вивід до ++ сторони n , а сторона n через шар інтегрального тепловідводу механічно та електрично з'єднана з тримачем, згідно з корисною моделлю, омічні шари виконані з паладію товщиною 10÷20 нм. Фосфід-індієвий діод Ганна відрізняється також тим, що проміжні шари виконані з паладію товщиною 10÷20 нм. ++ + Омічні контакти, утворені шарами Pd з мезаструктурою n -n -n ІnР за допомогою твердофазної реакції, вигідно вирізняється однорідністю границі розділу метал-напівпровідник в порівнянні з омічним контактом, утвореним золото-германієвим сплавом. Товщина шару Pd (d=10÷20 нм) вибрана з міркувань повного його переходу у фазу з фосфід-індієм. Квазіаморфний шар ТіВх використовується як антидифузійний бар'єр, що здатний виконувати свої функції при високих температурах і дозах опромінювання γ-квантами. Проміжні шари Pd (d=10÷20 нм) використовуються як додаткові дифузійні бар'єри та для кращої адгезії з'єднувальних шарів Аu з шарами ТіВх. Pd значно менше окислюється в порівнянні з Мо, як в прототипі, що обумовлює зменшення загального опору контакту і сприяє підвищенню його стабільної роботи. Товщина шару Pd (d=10÷20 нм) є оптимальною для даного типу пристроїв. З'єднувальні шари Аu використовуються для корпусування фосфід-індієвого діода Ганна. 1 UA 103208 U 5 10 15 20 Для перевірки представленого фосфід-індієвого діода Ганна з термічно- та радіаційно стійкими омічними контактами застосовувались екстремальні умови: швидка термічна обробка 60 8 (ШТО) при температурі 300 °C і 400 °C та опромінювання γ-квантами Co дозою 10 Р. На фіг. 1 зображено рентгенодифрактограми контактної системи: 1 - вихідна контактна 60 8 система; 2 - контактна система після опромінювання γ-квантами Co дозою 10 Р. З фіг. 1 видно, що фазовий склад контактної системи практично не змінився після опромінювання γ60 8 квантами Co дозою 10 Р. Ці дані підтверджують радіаційну стійкість контактної системи AuPd-TiBx-Pd-InP. На фіг. 2 зображено рентгенодифрактограми контактної системи після опромінювання γ60 8 квантами Co дозою 10 Р: 1 - вихідний зразок; 2 - після ШТО при Т=300 °C; 3 - після ШТО при Т=400 °C. В рентгенодифрактограмах на фіг. 2 не має нових фаз, що свідчить про термічну та радіаційну стійкість контактної системи Au-Pd-TiBx-Pd-InP при температурах до 400 °C. На фіг. 3 зображено Оже-профілі розподілу елементів контактної системи після ШТО при 60 8 Т=400 °C та опромінюванні у-квантами Со дозою 10 P. Хоча контактна система застосована в екстремальним умовах, вона все одно зберігає свою шарову структуру, а антидифузійний квазіаморфний шар ТіВх не взаємодіє з Аu та ІnР (див. фіг. 3). Вплив екстремальних умов на питомий контактний опір омічних контактів представлено в таблиці, дані якої свідчать на користь контактної системи Au-Pd-TiBx-Pd до ІnР. При 15 -3 концентрації носіїв Nd=910 см при Т=300 К значення мінімального теоретично розрахованого -6 питомого контактного опору становить 1,910 Омсм [3], а експериментальне значення -5 2 питомого контактного опору, діода, що заявляється, становить 5,2-10 Омсм . Таблиця Фосфід-індієвий діод Ганна 2 Контактна система Au-Pd-TiBx-Pd (вихідний) 8 Au-Pd-TiBx-Pd (після опромінення 10 Р) 25 30 35 40 45 50 вихідний -5 -5 2·10 -5·10 -5 -5 4·10 -5·10 ρc, Омсм після ШТО 300 °C -5 -5 2·10 -5·10 -5 -5 2·10 -3·10 після ШТО 400 °C -5 -5 5·10 -7·10 -5 -5 5·10 -8·10 Приклад фосфід-індієвого діода Ганна схематично показаний на фіг. 4. Концентрація ++ 18 -3 + 17 -3 15 -3 легуючої домішки в шарі n склала 810 см , в n - 510 см , а в n-910 см . Епітаксійну ++ + ++ фосфід-індієву мезаструктуру n -n -n (1) підігрівають до 300 °C. Зі сторони n та n нанесені омічні контакти з Pd (2) товщиною d=20 нм. Антидифузійні бар'єри з квазіаморфних шарів ТіВ х (3) нанесені магнетронним розпилюванням на омічні контакти з Pd (2). Проміжні контакти Pd (4) товщиною d=20 нм та з'єднувальні контакти Аu (5) нанесені термічним випаровуванням по черзі на антидифузійні бар'єри з квазіаморфних шарів ТіВx (3). Діаметр контактної металізації зі ++ ++ сторони n складав 30 мкм. Гнучкий електричний вивід (6) до сторони n виконаний з плоского золотого провідника з'єднаного з кришкою (7). При допомозі металізації (8) кришка (7) і вивід (6) з'єднувались з діелектричним корпусом (9), який нижнім торцем через металізацію (8) з'єднаний із тримачем (10) структури. Металізація (8) складається з шарів Аu (200 нм) і Сr (70 нм), шар Сr розташовано до діелектричного корпусу (9). Нижній шар золота зі сторони n також з'єднано з тримачем (10) та виконує функції інтегрального тепловідводу. Фосфід-індієвий діод Ганна демонстрував стабільну роботу без зміни робочих параметрів протягом 1000 годин в складі НВЧ генератора на частоті 100 ГГц за екстремальних умов 60 8 використання: при температурі 400 °C та опромінюванні γ-квантами Со дозою 10 Р. Вихідна потужність в узгодженому навантаженні в безперервному режимі становила 10÷45 мВт. Таким чином фосфід-індієвий діод Ганна, що заявляється, має більшу термічну та радіаційну стійкість, задля покращення стабільності його роботи. Список використаних джерел: 1. Аналог. - Submillimeter-wave InP Gunn devices / H. Eisele, R. Kamoua // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - 2004. - Vol. 52. - № 10. - P. 2371-2378. 2. Прототип. - Винахідники: В.М. Іванов, Г.М. Веремійченко, В.М. Ковтонюк, Н.С. Раєвська. Діод Ганна з фосфіду індію. Патент України № 51542 U; заявл. 24.12.2009, опубл. 26.07.2010, бюл. № 14. 3. Minimal ohmic contact resistance limits to n-type semiconductors / R.K. Kupka, W.A. Anderson //J. Appl. Phys. - 1991. - Vol. 69. - P. 3623-3632. 2 UA 103208 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ ++ 5 10 + 1. Фосфід-індієвий діод Ганна, що містить епітаксійну фосфід-індієву мезаструктуру n -n -n, до ++ якої зі сторін n та n нанесені виконані з Аu з'єднувальні шари, омічні та проміжні шари, де між омічними та проміжними шарами сформовані антидифузійні бар'єри з квазіаморфних шарів ТіВх, і яка, разом із з'єднувальними, омічними, проміжними шарами та з шарами антидифузійних бар'єрів, вісесиметрично розміщена та закріплена в кільцевому діелектричному корпусі, в якому до торцевих площин нанесена металізація, за допомогою якої та гнучкого плоского провідника ++ виконаний електричний вивід до сторони n , а сторона n через шар інтегрального тепловідводу механічно та електрично з'єднана з тримачем, який відрізняється тим, що омічні шари виконані з паладію товщиною 10÷20 нм. 2. Фосфід-індієвий діод Ганна за п. 1, який відрізняється тим, що проміжні шари виконані з паладію товщиною 10÷20 нм. 3 UA 103208 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4