Лавинно-пролітний діод з термостійкою контактною системою

Лавинно-пролітний діод з термостійкою контактною системою, який виконано у вигляді кремніє 3 режимі роботі спостерігається локальний нагрів в контактній системі, що обмежує НВЧ потужність і довговічність приладу. Локальний нагрів обумовлений опором перехідного шару що знаходиться + + між шарами р або n і силіцидом металу. Метою передбачуваного технічного рішення є отримання максимальної хвильової потужності в узгодженому навантаженні і високій надійності в імпульсному режимі при високій робочій температурі. Вказаний технічний результат досягається за рахунок того, що в ЛПД що містить напівпровідникову меза-структуру типу р+-р-n-n+ до протилежних сторін якої сформовані контактні системи, які складаються з дисиліциду паладію, послідовно нанесених тонких адгезійних шарів титану, та контактуючих шарів платини або паладію, сполучних шарів з плівок золота. Новою ознакою, яку має технічне рішення, що заявляється в порівнянні з прототипом, є наявність шарів кремнію р++ і n++, між дисиліцидом паладію і шарами р+ i n+, що забезпечує відповідність технічного рішення, що заявляється критерію «новизна». Створення додаткових шарів р++ і n++ певної товщини з високими концентраціями носіїв дає можливість отримати технічний результат - отримати максимальну НВЧ потужність, що віддається в навантаження в імпульсному режимі при високих робочих температурах приладу. Можливість здійснення корисної моделі підтверджується наступними кресленнями: Фiг. 1 - Меза-структура ЛПД з термостійкою контактною системою. Фiг. 2 - Розподіл домішок двох типів в ЛПД, що заявляється. Фiг. 3 - Профілі розподілу компонентів в контакті Au-Ti-Pt-Pd2Si-Si-n++. Фiг. 4 - Ренгенодіфрактограмми контактної металізації Au-Ti-Pt-Pd2Si-Si-n++. ++ Фiг. 5 - Морфологія поверхні Si - n після видалення контактної металізації. Фiг. 6 - Гістограма розподілу питомого опору с по пластині з контактами Au-Ti-Pt-Pd2Si-Si-n++. Як відомо з джерела [С. Зи Физика полупроводниковых приборов. Москва «Мир». 1984 г.] повний імпеданс ЛПД дорівнює сумі імпедансу області лавинного множення, області дрейфу і опору пасивній області RS: Zn = ZЛM+Zд+RS (1) Перший доданок у виразі (1) є активний опором, який при відповідних режимах роботи діода стає негативним. Другий доданок - реактивна компонента опору паралельного резонансного ланцюжка, що складається з ємності і індуктивності діода. Третій доданок - омічний опір втрат в який входять сумарний опір всіх шарів матеріалів, що складають контактну систему, а також опір перехідних шарів дисиліцида паладію - кремній р+ або n+. Тепло, що виділяється при роботі приладу за рахунок опору RS підвищує температуру переходу, що веде до втрати НВЧ потужності і скорочення безвідмовного терміну служби. Значення RS особливо важливе для стабільності роботи потужних 49867 4 імпульсних ЛПД міліметрового діапазону і максимальної потужності, яка віддається в узгоджене навантаження. У імпульсному режимі роботи ЛПД спостерігається нестаціонарність теплового режиму в межах тривалості імпульсу і значне зростання омічних втрат. Відбувається запізнювання імпульсного НВЧ сигналу щодо імпульсу струму живлення, що приводить до зриву коливань. Для подолання цього явища була застосована струмова компенсація роботи приладу, яка була описана в джерелі [Белоусов П.П, Горбачев А.В., Касаткин Л.В., Новожилов В.В. Токовая стабилизация амплитудно-частотных характеристик синхронизированных ЛПД в интервале температур. Электронная техника. Сер.1 1989. Сер.1 Электроника СВЧ, вып.4. с. 10-15]. Використання методу струмової компенсації приводить до необхідності значного зниження струму живлення і як результат, до зниження рівня вихідної потужності НВЧ імпульсу та зміни теплових режимів роботи ЛПД. Таким чином, термостабільна контактна система і зменшення RS дають можливість отримувати значні рівні НВЧ потужності із задовільною стабільністю і надійністю. Ефективним способом зменшення RS і стабілізації теплових режимів роботи активної області і контактної системи є спосіб створення додаткових низькоомних областей кремнію з високими рівнями легування р++ і n++ на, де концентрація донорних і акцепторних домішок доходить до ND,A=1020см-3. Протяжність цих областей не перевищує товщину + + ++ ++ областей р і n . Вказані області р і n в кремнії формуються методом дифузії. Області р+ та n+, п. 1 фіг. 1, створювалися при Т=1050°С 30хв. і мають протяжність хD,A=1мкм з концентрацією ND,A=1019см-3. Додаткові області р++ і n++, п. 2 фіг. 1, формувалися при Т=950°С 20хв. і мали наступні параметри: xD=0,2мкм; ND=4 1020см-3 хА=0,5мкм; NA=2,2 1020см-3 Отриманий в результаті дифузійних процесів розподіл концентрації донорних і акцепторних домішок в приладі, який заявляється, приведений на фіг. 2. Термостійкі контактні системи до областей р++ і n++ кремнієвої мезаструктури формувалися шляхом вакуумного нанесення паладію, п. 3 фіг. 1, з подальшим нанесенням шарів титану п. 4, і потім, контактуючих шарів платини п. 5 і золота п. 6. Для отримання контактних шарів з низькими значеннями перехідних опорів пропонована система піддавалася швидкому термічному відпалу (БТО) впродовж 60с при температурі Т=450-500 С і термічній обробці Т=450°С впродовж 10хв. В результаті обробки між шарами кремнію і титану в результаті реакцій в твердій фазі утворився дисиліцид паладію що має низький питомий контактний опір -5 -6 2 с=10 -10 Ом см . Профілі розподілу компонентів в термостійкій контактній системі Au-Ti-Pt-Pd2Si-Sin++ отримані методом Оже спектроскопії приведені на фіг. 3. Вибір режимів БТО обумовлений імпульсним тепловим навантаженням, яке витримують ЛПД в імпульсному режимі і отриманням мінімально можливого с, обумовленого завершеністю 5 процесу силiцидоформувания в контактному шарі на основі паладію. На рентгенограмах від вихідного зразка і такого, що пройшов термічний відпал при Т=450°С впродовж 10хв., з металізацією Au-Ti-Pt-Pd2Si-Sin++, спостерігаються рефлекси від підкладинки Si, плівки Аu, а також фази Pd2Si, фiг. 4. Незмінність фазового складу свідчить про те, що створена при формуванні металізації на підкладку кремнію фаза Pd2Si залишається термостійкою і не вступає в реакцію з плівкою золота при подальшому відпалі. Ця обставина підтверджується морфологією поверхні кремнію, що слабо змінюється в результаті 49867 6 термічної обробки, після видалення з нього методом іонного травлення шарів металізації, фiг. 5. Результати вимірювання питомого контактного опору методом Transition Line Method (TLM) приведені на гістограмах розподілу с по пластині з TLM і контактною системою Au-Ti-Pt-Pd2Si-Si-n++. Таким чином ЛПД з термостійкою контактною системою, виконаний за корисною моделлю, що пропонується, продемонстрував надійну і стабільну роботу в перебігу 500ч, на частоті - 33,75ГГц. При тривалості імпульсів 280нс була досягнута НВЧ потужність, що віддається в навантаження, близько 30Вт, що підтверджує високу ефективність пропонованого технічного рішення. 7 49867 8 9 49867 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 49867 Підписне 12 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