Вплив гамма-радіації і НВЧ випромінювання на параметри GaAs польових транзисторів з бар'єром ШОТТКІ

Тут eR - деформація, викликана пружним вигином структури. Радіус кривини вимірювався з точністю 1 см.

* Зразки опромінювалися при прикладанні зворотної напруги 2 В.

З табл. 1 можна бачити, що вихідні контакти AuTiGaAs і AuAuGeGaAs мають достатньо високий рівень деформації R. Опромінення g-квантами дозами 3106 Р контактів AuAuGeGaAs і AuTiGaAs призводить до зниження рівня деформацій. Це свідчить про зменшення пружних перекручувань у приповерхневих шарах контактних структур. При цьому після опромінення дозою 2107 Р обидві контактні системи, як і при комбінованому впливі (g - радіація + електричне поле), мають однаковий рівень залишкових деформацій, характерних для кожної з цих систем. Наслідком релаксації є виявлене нами структурно-домішкове упорядкування в контактах AuTiGaAs (затвор Шотткі) і AuGeGaAs (омічний контакт).

На рис.2 показана морфологія поверхні межі поділу AuGeGaAs після видалення евтектики AuGe, отриманої за допомогою просвічуючої електронної мікроскопії. Вихідний стан показаний на рис. 2,а. Після створення омічного контакту (відпал при температурі 430 С протягом 60 с) відбувається трансформація дефектів (рис. 2,б), що свідчить про неоднорідність контакту. Опромінення даної структури -квантами Co60 до дози 2107 Р призводить до гомогенізації межі поділу (рис. 2,в). Аналогічні процеси спостерігаються в контактах тестових структур AuTiGaAs. Ці результати корелюють із експериментальними даними по поліпшенню параметрів ПТШ при дозі -радіації Co60 2107 Р. При цьому істотно збільшується планарна однорідність параметрів ПТШ по пластині і на 10-15% збільшується відсоток виходу придатних. Аналогічні результати впливу -радіації Со60 були отримані при дослідженні ПТШ на основі InР.

Дослідження мікрорельєфу межі поділу, проведені на тестових структурах омічних і бар'єрних контактів за допомогою мікроскопа атомних сил (AFM - аtomic force microscope), показали, що вихідна поверхня епітаксійної структури GaAs є порівняно однорідною, а розподіл мікронеоднорідностей описується функцією Гауса (рис. 3,а,б,в). Мікрорельєф межі поділу фаз AuGeGaAs, внаслідок формування омічного контакту, виявляється неоднорідним порівняно з вихідною поверхнею епітаксійної плівки GaAs (рис. 3,г,д,е).

Посилення дифузійних процесів і міжфазових взаємодій у контактах металGaAs, стимульоване опроміненням дозами -радіації Co60 вищими від 108 Р, призводить до зміни просторових параметрів рельєфу поверхні: висоти, ширини мікрозападин і відстані між ними, а їхній розподіл вже не описується нормальним законом (рис.3,ж,з,і). У цьому випадку, через гетерогенність межі поділу металGaAs, збільшення висоти мікрорєльєфу і товщини перехідного шару настає деградація омічного контакту. Ці результати корелюють із профілями розподілу компонентів контакту, отриманими методом електронної Оже-спектроскопії. Аналогічні результати спостерігаються при дослідженні тестових структур затвора Шотткі AuTiGaAs.

Встановлено також, що охолодження GaAs ПТШ типу АП356, вихідних і опромінених -квантами Co60 в інтервалі доз 106 - 2107 Р, до температури рідкого азоту поліпшує їхні параметри.

На основі проведених досліджень розроблена методика поліпшення параметрів арсенідгалієвих ПТШ шляхом опромінення їх у корпусі або на пластині гамма-квантами Со60 у діапазоні доз 106-2107 Р. Її апробовано в умовах виробництва ПТШ в ДП “Сатурн-мікро”.

У четвертому розділі наведені експериментальні результати з впливу НВЧ випромінювання частотою 2,45 ГГц і питомою потужністю 1,5 Вт/см2 протягом 1300 с на параметри арсенідгалієвих ПТШ із затвором Шотткі, сформованих на пластині. Показано, що внаслідок дії НВЧ випромінювання, навіть при дуже малих (менше однієї хвилини) тривалостях обробки, параметри ПТШ зазнають змін. При цьому відбувається зменшення крутизни ВАХ і струму насичення, а напруга відсічки не змінюється. Збільшення часу обробки до 100160 с призводить до поліпшення параметрів ПТШ у порівнянні з вихідними. Встановлено, що подібні зміни пов'язані з релаксацією внутрішніх механічних напружень у пластині GaAs. У табл. 2 наведені експериментальні дані з впливу НВЧ випромінювання на радіус кривини пластини GaAs із сформованими на ній ПТШ і крутизну ВАХ ПТШ.

Таблиця 2.

Вплив НВЧ випромінювання (частота f = 2,45 ГГц, питома потужність 1,5 Вт/см2) на радіус кривини R пластини GaAs із ПТШ, крутизну S ВАХ ПТШ, зміну струму насичення .

Тут , початковий струм стоку опроміненого і неопроміненого ПТШ, відповідно.

З табл. 2 видно, що існує кореляція між кривиною пластини та параметрами ПТШ, а також що НВЧ опромінення призводить до поліпшення параметрів ПТШ - збільшення крутизни ВАХ і струму насичення до і після НВЧ опромінення протягом 100160 с.

Аналогічні результати були отримані на тестових структурах AuTiGaAs: висота бар'єра в, фактор ідеальності n і величина зворотного струму при фіксованій напрузі корелюють зі зміною радіуса кривини тестової структури. При цьому в зростає, n і зворотний струм зменшуються при НВЧ обробці в інтервалі 10160 с, а радіус кривини змінюється від 5,6 м у вихідному зразку до R = ? при опроміненні протягом 100160 c. Тобто короткочасне НВЧ опромінення за своєю дією на арсенідгалієві структури (діодні та транзисторні) виявляється ідентичним малодозовому опроміненню подібних об'єктів -квантами Со60. Це вказує на спільність структурно-домішкових упорядкувань у приконтактних шарах GaAs, стимульованих малодозовою дією -квантів і НВЧ випромінювання, що підтверджено дослідженнями спектрів поверхнево-бар'єрного електровідбивання тестових структур n-n+-GaAs та металGaAs до і після НВЧ опромінення протягом 2 с. При цьому в тестових структурах обох типів після НВЧ опромінення зменшується зіштовхувальний параметр розширення Г, що свідчить про структурно-домішкове упорядкування в приповерхньому (приконтактному) шару GaAs, як і після малодозового опромінення -квантами Со60, що корелює з поліпшенням параметрів діодних і транзисторних структур.

Збільшення часу НВЧ опромінення понад 300 с (при обраних умовах НВЧ обробки) призводить до деградації параметрів діодних і транзисторних структур.

Висновки

Виявлення особливостей дії -квантів Со60 і НВЧ випромінювання на арсенідгалієві діодні та транзисторні структури дозволяє розширити знання про ці впливи і розробити методику їхнього використання в технології ПТШ. Відзначимо основні отримані результати.

Експериментально показано, що радіаційні ефекти в арсенідгалієвих діодних і транзисторних структурах із бар'єром Шотткі зумовлені релаксацією внутрішніх механічних напружень і міжфазовою взаємодією, котрі супроводжуються структурно-домішковим упорядкуванням у шарі GaAs, який прилягає до межі поділу металGaAs. Це зумовлює збільшення часу життя неосновних носіїв заряду р, зменшення пов'язаного з р зворотного струму термогенераційної природи, збільшення висоти бар'єра і зменшення фактора ідеальності в діодних структурах із бар'єром Шотткі, а також у затворі ПТШ, підвищення крутизни ВАХ і струму насичення, зменшення розкиду параметрів ПТШ на пластині після їхнього опромінення малими дозами -квантів Со60.

Виявлено поліпшення параметрів транзисторних структур із затвором Шотткі на пластині GaAs і арсенідгалієвих діодних структур із бар'єром Шотткі після магнетронного НВЧ опромінення з частотою 2,45 ГГц питомої потужності 1,5 Вт/см2. Воно пов'язане зі структурно-домішковим упорядкуванням в області межі поділу фаз металGaAs, стимульованим НВЧ випромінюванням.

На основі виявлених закономірностей запропонований діапазон доз опромінення арсенідгалієвих транзисторних структур і ПТШ на їхній основі -квантами Со60 і НВЧ випромінюванням, у якому спостерігається поліпшення статичних вольт-амперних характеристик.

Виявлено зменшення фактора шуму і збільшення коефіцієнта підсилення на частоті 12 ГГц у вихідних і опромінених -квантами Со60 в діапазоні доз 106-2107 Р арсенідгалієвих ПТШ у температурному інтервалі 80 - 300 К.

Запропоновано засіб керування параметрами арсенідгалієвих ПТШ на пластині й у корпусі при опроміненні останніх -квантами Со60, апробований в ДП “Сатурн-мікро” при виконанні проекту "Розробка фізичних методів керування електронною структурою надтонких шарів напівпровідникових матеріалів з метою створення НВЧ надчутливих арсенідгалієвих приладів".

Розроблено і випробувано в експерименті автоматизований стенд контролю параметрів НВЧ малошумливих арсенідгалієвих польових транзисторів.

Основні результати дисертації опубліковані в роботах

Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Ренгевич А.Е., Соловьев Е.А. Измерительный модуль и программное обеспечение стенда контроля параметров полевых транзисторов. // Известия вузов. Электроника. - 1998. - № 4. - с.101-104.

Ренгевич А.Е. Радиационные эффекты в полевых транзисторах с высокой подвижностью электронов. // Письма в ЖТФ. - 1999. - т.25. - вып. 25. - с.55-58.

Конакова Р.В., Миленин В.В., Соловьев Е.А., Статов В.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е., Тариелашвили Г.Т. Влияние радиации на вольтамперные характеристики арсенидгаллиевых транзисторов с барьером Шоттки. // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1999. - т.42. - № 4. - с.73-76.

Конакова Р.В., Миленин В.В., Соловьев Е.А., Статов В.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е., Прокопенко И.В., Тариелашвили Г.Т. Влияние -квантов 60Co на электрофизические свойства арсенидгаллиевых ПТШ. // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 2000 - № 6. - с.45-51.

Босый В.И., Ильин И.Ю., Иващук А.В., Конакова Р.В., Ковальчук В.Н., Соловьев Е.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е., Тариелашвили Г.Т. Электрофизические свойства бескорпусных полевых транзисторов с барьером Шоттки в диапазоне температур 80300 К. // Петербургский журнал электроники. - 2000. - № 1. - с.52-55.

Камалов А.Б., Конакова Р.В., Миленин В.В., Ренгевич А.Е., Соловьев Е.А. Влияние СВЧ излучения на характеристики GaAs полевых транзисторов с затвором Шоттки. // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2000. - вып. 35. - с. 145-149.

Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Ренгевич А.Е., Соловьев Е.А. Автоматизированный стенд для измерения параметров полевых транзисторов. // В кн.: Тезисы докладов международной конференции “Современные проблемы физики полупроводников”. Нукус, Узбекистан, 8-11 сентября 1997. Каракалпакский государственный университет. - 1997. - с.68.

Конакова Р.В., Соловьев Е.А., Ренгевич А.Е. Аппаратура и методы диагностики СВЧ диодов и транзисторов. / В кн.: Материалы конференции “Крымико-97” 7ой Международной Крымской конференции “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии”. - Крым, Украина, 15-18 сентября 1997. Севастополь: Вебер. -1997. - с.282-283.

Венгер Е.Ф., Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Коротченков Г.С., Миленин В.В., Прокопенко И.В., Ренгевич А.Е., Руссу Е.В., Соловьев Е.А., Чайка Г.Е. Радиационные эффекты в полевых транзисторах с затвором Шоттки на основе GaAs и InP. / В кн.: Материалы конференции “Крымико-98” 8ой Международной Крымской конференции “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии”. - Крым, Украина, 14-17 сентября 1998. - Севастополь: Вебер. - 1998. - с.109-112.

Belyaev A.A., Chaika G.E.,. Il'in I.Yu, Konakova R.V., Lyapin V.G., Milenin V.V., Rengevych A.E., Soloviev E.A., Tagaev M.B., Voitsikhovskiy D.I.. Effect of -radiation on the transition layer in metalsemiconductor contacts. / In: Proc. International semiconductor conference CAS'98 (Sinaia, Romania, October 6-10, 1998). - v.1. - p. 259-262.

Венгер Е.Ф., Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Коротченков Г.С., Миленин В.В., Прокопенко И.В., Ренгевич А.Е., Руссу Е.В., Соловьев Е.А. Радиационные эффекты в арсенидгаллиевых полевых транзисторах. / В кн.: Труды пятой всероссийской научной конференции с международным участием “Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: (Дивноморское, Россия, 6-11 сентября 1998). Таганрог. - 1998. - с.72.

Кохан В.П., Рыжакова Л.К., Ренгевич А.Е., Стовповой М.А. Малошумящие СВЧ полевые транзисторы. / В кн.: Материалы конференции “Крымико-99” 9ой Международной Крымской конференции “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии”. - Крым, Украина, 13-16 сентября 1999. - Севастополь: Вебер. -1999. - с.64-65.

Ренгевич А.Е. Влияние -радиации и быстрого термического отжига на электрические характеристики арсенидгаллиевых полевых транзисторов. / In: Proc. VII International Conference on Physics and Technology of Thin Films (Ivano-Frankovsk, Ukraine, October 4-8 1999). Ivano-Frankovsk. - 1999. - p.65.

Конакова Р.В., Миленин В.В., Соловьев E.А., Статов В.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е. Радиационное дефектообразование в арсенидгаллиевых полевых транзисторах с барьером Шоттки. / В кн.: Материалы III международной конференции “Взаимодействие излучений с твердым телом” (Минск, Белорусь, 6-8 октября 1999). - Минск. - 1999. - с.116-118.

Belyaev A.A., Beketov G.V, Chaika G.E., Konakova R.V., Lyapin V.G., Milenin V.V., Rengevych A.E., Soloviev E.A., Voitsikhovskiy D.I., Boltovets N.S., Ivanov V.N. Current flow through a nonuniform metalGaAs contact. / In: Proc. International semiconductor conference CAS'99 (Sinaia, Romania, October 5-9, 1999). - v.1. - p.269-272.

Войциховский Д.И., Конакова Р.В., Миленин В.В., Соловьев E.А., Чайка Г.Е., Ренгевич А.Е., Болтовец Н.С., Иванов В.Н. Электрофизические свойства квазиоднородных контактов AuTiBxGaAs. / В кн.: Материалы 7ой российской конференции “Арсенид галлия” “GaAs-99” (Томск, 21-23 октября 1999). - Томск. - 1999. - с.112-114.

Камалов А.Б., Конакова Р.В., Миленин В.В., Ренгевич А.Е., Соловьев Е.А. Влияние СВЧ излучения на параметры GaAs ПТШ. / В кн.: Материалы конференции “Крымико-2000”, 10ой Международной Крымской конференции “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии”. - Крым, Украина, 11-15 сентября 2000. - Севастополь: Вебер. - 2000. - с.133-134.

Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Соловьев Е.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е., Приходенко В.И. Радиационные эффекты в омических и барьерных контактах арсенидгаллиевых полевых транзисторов с барьером Шоттки. / В кн.: Труды XIV международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, Крым, 12-17 июля 2000). - Харьков. - 2000. - с.335-336.

Список використаної літератури

Радиационные методы в твердотельной электронике. // Вавилов В.С., Горин Б.М., Данилин Н.С., Кив А.Е., Нуров Ю.Л., Шаховцов В.И. М.: Радио и связь. - 1990 - 184 с.

Лысенко В.С., Назаров А.Н., Ткаченко А.С. ВЧ плазменная обработка кремниевых многослойных структур // Вестник ноу-хау. - 1992.- вып.1. - с.35-38.

Конакова Р.В. Тхорик Ю.А. Хазан Л.С. Особенности радиационной технологии при изготовлении GaAs диодов для СВЧ электроники // В кн.: Арсенид галлия / Под ред. Гамана В.И. - Томск: ТГУ - 1982. - с.183 - 185.

Громов Д.В., Петров Г.В., Еленский В.Г. Радиационные дефекты в СВЧ полупроводниковых приборах на основе арсенида галлия. // Зарубежная радиоэлектроника. - 1980. - № 11. - с.64-77.

Zuleeg. R. Radiation Effects in GaAs FET Devices. // Proc. of the IEEE - 1989 - v.77. - № 3. - p.389-407.

Балыков П.В. Радиационная стойкость ПТШ на GaAs. // Электронная техника, сер. 8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. - 1992. - №3-4. - с.31-40.

Оболенский С.В., Павлов Г.П. Влияние нейтронного и космического облучения на характеристики полевого транзистора с затвором Шоттки. // ФТП. - 1995. - т.29. - вып.3. - с.413-420.

Бреза Ю., Веселых М., Ильин И.Ю. и др. Радиационные методы в технологии полупроводниковых материалов и приборов. //Proc. Intern. Sympos. оn Recent Advances in Microwave Technology (ISRAMT-95) (Kiev, 11-16 Sept.95)// Eds. Rawat B.S., Sunduchkov K.S. Kiev.-1995. V.3 - p.844-927.

Демарина Н.В., Оболенский С.В. Моделирование воздействия ионизирующего излучения на полевой транзистор с затвором Шоттки. // Зарубежная радиоэлектроника. - 1997. - № 4. - с.66-80.

Немошкаленко В.В., Алешин В.Г., Гассанов Л.Г., Семашко Е.М., Синкевич А.И, Прокопенко В.М., Варченко Н.Н. Влияние физико -химические воздействия на поверхность арсенида галлия. - Поверхность. - 1983.- №2. с. 88 - 94.

Кадуков А.Е., Разумов А.В. Основы технического и оперативно-тактического применения электромагнитного оружия. - Петербургский журнал электроники. - 2000. - №2. - с. 53 - 60.

Бригидин А.М., Титович Н.А., Кириллов В.М., Юсупов Ю.П., Листопад Н.И., Г.И. Ясюля. Влияние электромагнитных помех на работоспособность полупроводниковых приборов и интегральных схем. // Электронная техника. Серия 8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. - 1992. - вып.1. - с.3-13.

Антипин В.В., Годовицын В.А., Громов Д.В., Кожевников А.С., Раваев А.А. Влияние мощных импульсов микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные схемы. // Зарубежная радиоэлектроника. - 1995. - № 1. - с.37-53.

контакт транзистор напруження шум

Анотація

Ренгевич О.Є. Вплив -радіації і НВЧ випромінювання на параметри GaAs польових транзисторів з бар'єром Шотткі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. Інститут фізики напівпровідників Національної Академії наук України, Київ, 2001.

Дисертація присвячена дослідженню впливу малих доз -радіації та НВЧ випромінювання на параметри польових транзисторів з бар'єром Шотткі.

У роботі показано, що зміну параметрів малошумливих НВЧ польових транзисторів з бар'єром Шотткі при дії -радіації Со60 визначають процеси масопереносу в омічних і бар'єрних контактах. У діапазоні доз опромінення 106 2107 Р, внаслідок радіаційно-стимульованої релаксації внутрішніх механічних напружень в омічних і бар'єрних контактах, спостерігається поліпшення параметрів транзисторів (зменшується коефіцієнт шуму, збільшується крутизна ВАХ, розподіл параметрів по пластині стає більш однорідним).

Дослідження впливу НВЧ випромінювання на параметри ПТШ показали, що зміна характеристик настає навіть при незначних тривалостях обробки. Внаслідок впливу НВЧ випромінювання збільшується висота бар'єра, а фактор ідеальності зменшується. Експериментально отримано, що, аналогічно випадку -опромінювання, існує діапазон тривалостей обробки, у якому можливе поліпшення параметрів ПТШ.

Ключові слова: транзистор з бар'єром Шотткі, релаксація внутрішніх механічних напружень, радіаційно-технологічний процес.

Аннотация

Ренгевич А.Е. Влияние -радиации и СВЧ излучения на параметры GaAs полевых транзисторов с барьером Шоттки.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06 - технология, оборудование и производство электронной техники. Институт физики полупроводников Национальной Академии наук Украины, Киев, 2001.

Диссертация посвящена исследованию влияния малых доз -радиации и СВЧ излучения на параметры полевых транзисторов с барьером Шоттки.

В работе показано, что в основе эффекта влияния малых доз -радиации Со60 и СВЧ излучения на параметры арсенидгаллиевых структур и ПТШ лежит релаксация внутренних механических напряжений сопровождающаяся перестройкой дефектной структуры в области границы раздела фаз металл-GaAs. Установлено, что в диапазоне доз облучения -квантами Со60 1062107 Р, в результате радиационно-стимулированной релаксации внутренних механических напряжений улучшаются параметры транзисторов (уменьшается коэффициент шума, увеличивается крутизна ВАХ, распределение параметров по пластине становится более однородным).

Исследования воздействия СВЧ излучения с частотой 2,45 ГГц удельной мощность 1,5 Вт/см2 на параметры ПТШ и диоды с барьером Шоттки показали, что изменение характеристик наступает даже при незначительных продолжительностях обработки. Показано, что в результате структурно-примесного упорядочения в области границы раздела фаз металл-GaAs, стимулированного СВЧ излучением, увеличивается высота барьера диодов Шоттки, а фактор идеальности уменьшается.

В работе указывается на общность структурно - примесных упорядочений в приконтактных слоях GaAs, стимулированных малодозовыми воздействиями -квантов и СВЧ излучения, что подтверждают исследования спектров поверхностно-барьерного электроотражения тестовых структур металл-GaAs до и после СВЧ облучения.

экспериментально получено, что, аналогично случаю -обработки, существует диапазон продолжительностей обработки, в котором наблюдается улучшение параметров ПТШ.

На основе проведенных исследований разработана методика улучшения параметров арсенидгаллиевых ПТШ путем облучения их в корпусе или на пластине гамма-квантами Со60 в диапазоне доз 106-2107 Р, апробированная в условиях производства ПТШ в ДП “Сатурн-мікро”.

Ключевые слова: транзистор с барьером Шоттки, релаксация внутренних механических напряжений, радиационно-технологический процесс.

Summary

Rengevych O.E. Effect of -radiation and microwave radiation on the GaAs SB-FET parameters. - A typescript.

Thesis for a Candidate of Technical Sci. degree (specialty 05.27.06-technology, equipment and manufacturing of electronic products). - Institute of Semiconductor Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2001.

The thesis deals with investigation of the effect of low-dose -irradiation and microwave irradiation on the SB-FET parameters.

It is shown that changes in the parameters of low-noise microwave SB-FETs exposed to Со60 -irradiation are determined by mass transport processes in ohmic and barrier contacts. Due to the radiation-enhanced relaxation of intrinsic stresses in ohmic and barrier contacts, an improvement of the transistor parameters is observed in the 1062107 R irradiation dose range: the noise level drops, the IV curve slope increases, and the distribution of parameter values over the wafer becomes more uniform.

The investigations of the effect of microwave radiation on the SB-FETs have shown that changes in characteristics occur even at low durations of treatment. As a result of the microwave radiation action, the barrier height grows and ideality factor decreases. It has been obtained experimentally that, similarly to the case of -radiation treatment, there exists a treatment duration range for which an improvement of the SB-FET parameters is possible.

Key words: Schottky-barrier gate field-effect transistor, relaxation of intrinsic stresses, radiation-technological procedure.

Размещено на Allbest.ru