Формування і дослідження термостійких омічних та бар'єрних контактів до НВЧ приладів на основі GAAS
Розробка оптимізованої технології і дослідження термостійких бар'єрних, омічних контактів для НВЧ приладів. Фазові, морфологічні перетворення при напиленні Ti на реальну поверхню GaAs, що визначають електрофізичні властивості контактів, їх термостійкість.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 10.08.2014 |
| Размер файла | 32,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ
ім. В.Є. Лашкарьова
Формування і дослідження термостійких омічних та бар'єрних контактів до НВЧ приладів на основі GAAS
05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Стовповий Михайло Олексійович
Київ - 2005
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім.В. Є. Лашкарьова Національної Академії наук України
|
Науковий керівник: |
кандидат фізико-математичних наук Міленін Віктор Володимирович, Інститут фізики напівпровідників НАН України, Провідний науковий співробітник |
|
|
Офіційні опоненти: |
доктор фіз. - мат. наук, професор Литовченко Петро Григорович, Інститут ядерних досліджень НАН України, головний науковий співробітник |
|
|
доктор фіз. - мат. наук, професор Чайка Василь Євгенович, Міністерство освіти і науки України, м. Київ, Київський Університет зв'язку і телекомунікаційних технологій |
||
|
Провідна установа: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, м. Київ |
Захист відбудеться 29 квітня 2005 р. о 1415 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради
К 26.199.01 в Інституті фізики напівпровідників НАН України за адресою: 03028, Київ - 28, проспект Науки, 45
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституті фізики напівпровідників НАН України (03028, Київ - 28, проспект Науки, 45).
Автореферат розісланий 28 березня 2005 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат фізико-математичних наук Охріменко О.Б.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Розвиток арсенідгалієвої НВЧ мікроелектроніки вимагає удосконалення технології створення контактів метал-напівпровідник, ключових елементів цих виробів. Властивості контактів визначають електричні характеристики приладів (діапазон робочих частот, рівень шумів та ін.), їх стабільність і межі інтеграції, можливості забезпечення надійної групової технології їхнього виробництва.
До основних характеристик контактів варто також віднести їхню стабільність і надійність, що могли б забезпечити нормальну роботу мікроелектронного виробу протягом тривалого часу. Ці питання значною мірою пов'язані з технологією виготовлення приладу і металізації, яка використовується; для досліджуваних у роботі польових транзисторів вони ще знаходяться в стадії вирішення, хоча до даного часу і досягнуті значні успіхи у вивченні фізико-хімічних процесів, що протікають у контактах метал-арсенід галію та визначають їх електрофізичні параметри. Проте, детальні механізми взаємодії між металами і напівпровідником, вид і кількість продуктів реакцій ще не вивчені для жодної з контактних систем такою мірою, щоб можна було цілеспрямовано керувати цими процесами і підбирати контактуючі пари для забезпечення в одних випадках стабільності вольт-амперної характеристики і збереження бар'єрних властивостей, а в інших - низьких питомих контактних опорів при впливі різних фізичних факторів, в тому числі і високих температур.
Одним із шляхів підвищення термічної стійкості контактів є або усунення рушійних сил, відповідальних за внутрішні структурно-хімічні перебудови в контакті, або різке уповільнення їхнього протікання.
Технологічні методи виготовлення контактів, що забезпечують необхідні параметри міжфазних кордонів в "традиційних" арсенідгалієвих приладах мікроелектроніки, повинні бути скоректовані при виготовленні контактів приладів, що використовують тонкі епітаксійні шари сполук АIIIBV, - польових транзисторів з високою рухливістю електронів (high electron mobility transistor - НЕМТ). Технологія створення омічних контактів до прихованих шарів у багатошаровій структурі вимагає добору системи металізації і умов термообробки, що впливає на взаємну дифузію компонентів контактуючих шарів і глибину проникнення атомів металу. Ці фактори, а також проблема підвищення стабільності контактів у приладах такого типу, вивчені недостатньою мірою. Крім того, існують певні методичні труднощі в оцінці якості одержуваних омічних контактів, тому що вимога мінімального питомого контактного опору до напівпровідника неадекватна вимозі мінімального опору приладової структури.
Значний інтерес для технології виготовлення контактів становить також пошук зовнішніх впливів, альтернативних термічним, котрі дозволяли б контрольованим чином змінювати властивості контактів. За простотою реалізації, можливістю використання зразків різної геометричної форми найбільш перспективним є використання в цих цілях г-опромінення. Встановлено, що така обробка контактів метал-напівпровідник у ряді випадків супроводжується поліпшенням їхніх параметрів. Однак, специфіка інтегральної дії на масиви приладів, як і на переходи метал-напівпровідник у багатошарових епітаксійних напівпровідникових структурах досліджені недостатньо, не визначені оптимальні режими і закономірності зміни параметрів при опроміненні таких об'єктів.
Сформовані вище проблеми визначили мету даної роботи. Її рішення є актуальним як з наукової, так і з практичної точок зору.
Зв'язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконувалася в рамках таких тем:
1. "Дослідження та моделювання нерівноважних електронних процесів, масопереносу та стимульованих структурно-фазових перетворень на поверхні напівпровідника та шаруватих структур і розробка на їх основі нових приладів і технологій", 1995-1999 р. р. (Постанова Бюро ВФА НАН України? 9 від 20.12.1994 р., номер держреєстрації 0195U008108).
2. "Розробка фізичних методів керування електронною структурою надтонких шарів напівпровідникових матеріалів з метою створення НВЧ надчутливих арсенідгалієвих приладів", 1999-2000 р. р. (Постанова міністерства України у справах науки та технологій № 70а від 12.03.1999 р., номер держреєстрації 0199U003070).
3. "Фізичні і фізико-технічні основи створення напівпровідникових матеріалів і функціональних елементів для систем сенсорної техніки", 2000-2002 р. р. (Постанова Бюро ВФА НАН України № 12 від 11.11.1999 р., номер держреєстрації 0100U000148).
Мета роботи полягала в розробці оптимізованої технології і дослідженні термостійких бар'єрних і омічних контактів для НВЧ приладів на основі сполук АIIIBV.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:
1. Вивчити особливості фазових і морфологічних перетворень при напиленні Ti на реальну поверхню GaAs, що визначають електрофізичні властивості контактів та їх термостійкість.
2. Дослідити термостійкість омічних і бар'єрних контактів, які мають в складі металізації антидифузійні бар'єри на основі нітридів і боридів тугоплавких металів.
3. Вивчити особливості технології омічних контактів НЕМТ, визначити критерій оптимальності технології таких контактів.
4. Дослідити можливість застосування г-опромінення для поліпшення параметрів і підвищення відсотка виходу придатних польових транзисторів з бар'єром Шотткі (ПТШ).
Об'єктом дослідження є процеси зміни атомної структури, морфології, електрофізичних характеристик і хімічного складу міжфазних кордонів метал-напівпровідник при термообробці і -опроміненні Co60, а предметом досліджень були обрані ПТШ і тестові структури омічних і бар'єрних контактів на GaAs і GaAs-AlGaAs.
У роботі використані такі методи дослідження: метод вольт-амперних характеристик (ВАХ), що дозволяє отримати основні статичні параметри ПТШ і тестових структур; метод вольт-фарадних характеристик (ВФХ), що дозволяє отримати параметри бар'єрних контактів; виміри контактного опору при температурах 77 К та 300 К, що застосовуються при дослідженні гетероструктур; метод електронної Оже-спектроскопії в сполученні з пошаровим аналізом для визначення елементного складу і міжфазних взаємодій у контактуючих шарах метал-напівпровідник; методи атомно-силової і електронної мікроскопії для аналізу морфології поверхонь і їх структурних змін, викликаних технологічними впливами.
Наукова новизна:
1. Експериментально обґрунтована модель формування бар'єра Шотткі (БШ) на реальній поверхні GaAs. Показано, що на першій стадії має місце взаємодія атомів Ti з компонентами власних оксидів напівпровідника та утворення TiО, а на другій - ріст полікристалічного шару металу, що призводить до локальної структурної неоднорідності і потенційної ненадійності затворів ПТШ.
2. Досліджено фізико-хімічні процеси в контактах, що сформовані квазіаморфними бінарними сполуками боридів та нітридів Ti з GaAs і експериментально обґрунтована можливість використання цих сполук для формування БШ з високим ступенем структурної однорідності міжфазного кордону.
3. Встановлено, що причиною високої термостійкості БШ, виготовленого при заміні Ti на його сплави, є низька розчинність атомних компонент напівпровідника в цих матеріалах навіть біля температури термічної дисоціації GaAs.
4. Показано, що застосування в складі металізації приладу шарів боридів та нітридів тугоплавких металів різко обмежує міжшарові взаємодії, стимульовані термообробкою і випромінюванням внаслідок низької дифузійної проникності цих шарів та їх стабільності до процесів окислення.
Практичне значення отриманих результатів:
1. Запропоновано способи формування термостійких омічних та бар'єрних контактів шляхом застосування в їх складі шарів боридів та нітридів титану.
2. Встановлено, що для отримання мінімального опору витоку НЕМТ фронт сплавлення омічної металізації повинен проникати до шару двомірного електронного газу (2DEG).
3. Експериментально визначено діапазон доз опромінення -квантами Co60, у якому можливе поліпшення параметрів омічних контактів НЕМТ на основі структури GaAs-AlGaAs.
4. Запропоновано методику контролю, що базується на вимірах опору між стоком і витоком НЕМТ при хімічному травленні.
Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися й обговорювалися на наступних наукових конференціях:
1) 9-а міжнародна Кримська мікрохвильова конференція. 1999, Севастополь, Україна;
2) III міжнародна конференція "Взаимодействие излучений с твердым телом". 1999, Мінськ, Білорусь;
3) XIV міжнародна конференція по фізиці радіаційних явищ і радіаційному матеріалознавству. 2000, Алушта, Україна;
4) 10-а міжнародна Кримська мікрохвильова конференція "СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии". 2000, Севастополь, Україна;
5) 11-а міжнародна конференція "СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии". 2001, Севастополь, Україна.
Основні результати, викладені в дисертації, опубліковані в 18 роботах: 12 статей у наукових журналах, 5 тез конференцій, 1 авторське свідоцтво.
Особистий науковий внесок дисертанта в роботах, опублікованих у співавторстві, складається у виготовленні експериментальних зразків [1, 3, 4, 5, 7, 15]; проведенні електрофізичних вимірів, обробці отриманих результатів [9, 16]. Автор безпосередньо брав участь у плануванні і проведенні експериментів, трактуванні й узагальненні результатів, їхньому практичному застосуванні [2, 8, 10-14, 18]. Обговорення й обробка експериментальних результатів проводилася разом з науковим керівником.
Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів і висновків.
У роботі 140 сторінок машинописного тексту, з них - 122 сторінки основної частини, 36 ілюстрацій, 8 таблиць і список літератури з 156 найменувань.
Зміст роботи
У вступі дана загальна характеристика, включно з актуальністю теми дисертації, сформульовані мета і завдання роботи, наукова новизна, практична цінність і апробація результатів досліджень, наведено кількість публікацій за матеріалами дисертації, структура й обсяг роботи.
У першому розділі подано огляд літератури по теоретичним основам створення омічних і бар'єрних контактів до сполук АIIIBV, проаналізований ряд сучасних моделей, розглянуті основні літературні дані по термостійкості бар'єрних контактів і використанню нітридів і боридів титану як антидифузійних бар'єрів для підвищення їхньої термостійкості. Також розглянуті основні особливості перспективного НВЧ приладу - НЕМТ на основі гетероструктури GaAs-AlGaAs.
В другому розділі наведено розроблений базовий технологічний ланцюжок створення арсенідгалієвого ПТШ, що застосовувався також для отримання тестових структур, експериментальних зразків приладів і омічних контактів на основі гетероструктури GaAs-AlGaAs. Запропоновано удосконалений метод виміру питомого контактного опору (ск). При цьому обробка результатів вимірів була значно прискорена, а суб'єктивні помилки - мінімізовані. Наводяться дані по інформативних можливостях інших методів, що використовувалися у роботі. Для одержання профілів розподілу елементів у контактах застосовувалася Оже-електронна спектроскопія (ОЕС) у сполученні з іонним травленням пучком аргону. Структурні перетворення в контакті аналізувалися електонографічним методом. Дані про морфологію шарів отримані методом атомної силової мікроскопії.
У третьому розділі представлені результати досліджень фізико-хімічних процесів, що протікають у контакті затвору ПТШ при його формуванні і зовнішніх впливах (високотемпературний відпал, г-опромінення Со60).
На рис.1 наведена послідовність стадій формування контакту Ti-GaAs. Для малих товщин напиленого металу виникає дрібнодисперсна кристалічна фаза, яка для більш щільної плівки ідентифікована як окис титану (див. рис.1д). При подальшому напиленні Ti починається ріст полікристалічного шару (див. рис.1ж), характерною рисою якого є виникнення пор, що пронизують весь шар Ti. Дослідження ВАХ на контактах з різною площею показало, що сформовані в цих умовах контакти мають ділянки неоднорідностей, внесок яких у струмоперенос збільшується з ростом площі контакту. Такий контакт є термостійким лише до температур (300-350) ?С. При проведенні швидких високотемпературних відпалів спостерігалося зростання надлишкових струмів на прямій гілці ВАХ та збільшення зворотних струмів.
Спираючись на дані електрономікроскопічних досліджень, деградацію параметрів затворів ПТШ (Au-Ti-GaAs) можна зв'язати з проникненням атомів Au через пористий шар Ti на границю розділу з напівпровідником. Можливою причиною трансформації характеристик контакту Au-Ti-GaAs при підвищених температурах є формування в GaAs локальних сильнолегованих приконтактних областей з високою прозорістю для тунелювання.
У цьому ж розділі викладаються результати досліджень фізичних процесів у контактах Au-Ti-GaAs при їхньому опроміненні г-квантами Со60. Показано, що має місце значне радіаційне поліпшення розподілу параметрів БШ - висоти бар'єра (цb) і коефіцієнта ідеальності (n) після опромінення приладової матриці з ПТШ. Отримані результати по радіаційному регулюванню параметрів БШ були доповнені дослідженнями впливу г-опромінення на відсоток виходу придатних ПТШ по статичним характеристикам і шумову температуру транзисторів, виготовлених на підкладках різної структурної досконалості. Було встановлено істотне збільшення відсотку виходу приладів і зниження шумової температури в ? 1.2 рази. Оскільки використовувані дози опромінення недостатні, щоб помітно вплинути на зміну концентрації і рухливості основних носіїв, то зміни параметрів приладових структур, що спостерігаються, очевидно, обумовлені процесами анігіляції та перебудови структурних дефектів як в об'ємі, так і (особливо) у прикордонних з металом областях напівпровідника внаслідок чого зменшується концентрація генераційно-рекомбініційних центрів, що впливають на проходження струму в контактах. Рушійними факторами змін, що спостерігаються у контактах при опроміненні, є стимульований г-опроміненням дифузійний перерозподіл домішок і дефектів у приконтактних областях напівпровідника і структурно-хімічна перебудова міжфазної границі метал-напівпровідник.
У четвертому розділі викладені результати досліджень, спрямованих на підвищення термостійкості омічних і бар'єрних контактів до GaAs. Незважаючи на те, що вирішенню цієї проблеми присвячена значна кількість фізико-технологічних досліджень і розробок, задача залишається актуальною і в даний час. Для її вирішення був використаний підхід, що базується на включенні до складу металізації шарів, що не є продуктами взаємодій контактної металізації з GaAs і мають високу електропровідність, термостійкість і хімічну інертність. Як такі шари були використані нітриди та бориди титану. Відмінною рисою при використанні цих матеріалів у якості бар'єроутворюючих до GaAs є відсутність протяжної границі розділу між шарами TiNx, TiBx і напівпровідником і наявність різких профілів розподілу елементів контактуючих пар.
ВАХ контактів, сформованих на основі TiNx і TiBx відрізняються від ВАХ структури Au-Ti-GaAs: малі надлишкові струми, на 2.5 порядки довша ділянка експонентної залежності струму від напруги, менші зворотні струми. У табл.1 підсумовані результати досліджень контактів цього типу, що підтверджують їх високу термічну стійкість.
Помітні зміни електрофізичних параметрів контактів мають місце поблизу температури відпалу 600 єС. Причому, деградація параметрів БШ зв'язана не з розкладанням поверхні GaAs і наступною дифузією Ga і As у металевий шар, а з термостимульованим розтріскуванням шарів TiNx і TiBx, при якому формуються канали для проникнення атомів контактної металізації на кордон розділу з напівпровідником. Можна вважати (як і у випадку деградації контактів на основі Ti), що вихідною передумовою структурно-морфологічних змін у шарах TiNx і TiBx є мікропори, що виникають у процесі напилення цих шарів.
Таблиця 1.
Висота бар'єру цb і фактор ідеальності n діодних структур до та після термообробки.
|
Тип бар'єрних контактів |
Вихідні |
500°С |
550°С |
600°С |
|||||
|
цb, еВ |
n |
цb, еВ |
n |
цb, еВ |
n |
цb, еВ |
n |
||
|
Au-TiNx-GaAs |
0.60 |
1.08 |
0.60 |
1.08 |
0.67 |
1.15 |
0.68 |
1.37 |
|
|
Au-TiBx-GaAs |
0.78 |
1.23 |
0.78 |
1.23 |
0.78 |
1.25 |
0.76 |
1.30 |
|
|
Au-Mo-TiBx-GaAs |
0.78 |
1.20 |
0.78 |
1.20 |
0.78 |
1.23 |
0.76 |
1.30 |
Був проаналізований вплив г-опромінення на електрофізичні властивості контактів із шарами бориду титану, у тому числі і підданих високотемпературній обробці. Виявлено, що дія радіації на вихідні структури найбільш помітно виявляється в змінах зворотнього струму БШ - зменшенні при опроміненні. Параметри цb і n змінюються незначно. Такі зміни в характеристиках БШ можуть бути наслідком радіаційно-стимульованого гетерування структурних дефектів при опроміненні.
У контактах, підданих високотемпературному відпалу, опромінення найбільш сильно впливає на n. З огляду на те, що величина n залежить від ширини проміжного шару і щільності поверхневих станів (які не змінюються за таких умов радіаційних впливів), то зміни, що спостерігаються, швидше за все, обумовлені радіаційно-стимульованими дифузійними процесами на границі розділу МП, що змінюють товщину перехідного шару.
У табл.2 представлені результати впливу термовідпалів на питомий контактний опір омічних контактів з різними антидифузійними бар'єрами.
Таблиця 2.
Питомий опір омічних контактів до n-GaAs.
|
Тип омічного контакту |
ск, Ом·см2 |
||||
|
Вихідні |
500°С |
550°С |
600°С |
||
|
Au-Ta-AuGe-GaAs |
3.4·10-5 |
2.2·10-5 |
3·10-3 |
7·10-3 |
|
|
Au-TaNx-AuGe-GaAs |
3.2·10-5 |
1.5·10-5 |
2·10-5 |
3·10-5 |
|
|
Au-TiBx-AuGe-GaAs |
3.3·10-5 |
1.9·10-5 |
2·10-5 |
3·10-5 |
|
|
Au-Mo-TiBx-AuGe-GaAs |
3.0·10-5 |
1.2·10-5 |
1.5·10-5 |
2·10-5 |
Високу термічну стабільність усіх типів контактних структур (за винятком Au-Ta-AuGe-GaAs) підтверджують і результати прямих вимірів розподілу елементів контактної металізації до і після відпалу при температурі, що відповідає повній деградації контактної структури, яка не має у своєму складі антидифузійного бар'єра. Представлені на рис.2 дані по розподілу елементів контактів вказують на відсутність дифузії Ga, As у шар металізації і збереження вихідної шарової структури контакту.
Для контактної структури Au-TiBx-AuGe-GaAs були проведені іспити на термостійкість при постійному тепловому навантаженні 87 єС и 100 єС. Зафіксовано, що питомий контактний опір не змінювався (незалежно від температури на корпусі приладу) при випробуваннях на протязі 10000 годин, що в десятки разів перевищує ресурс "традиційних" контактів Au-AuGe-GaAs, які до цього часу широко застосовуються при промисловому виробництві діодів, ПТШ та інтегральних схем (ІС).
У п'ятому розділі розглянуті проблеми створення омічних контактів для НЕМТ, оскільки виготовлення низькоомного омічного контакту через шар AlGaAs до шару 2DEG є основним чинником, що забезпечує досягнення граничних характеристик таких приладів. Додаткова складність цієї проблеми зв'язана з геометричними обмеженнями, що накладаються на розміри перехідних областей при формуванні контактів до нанорозмірних епітаксійних шарів, типові значення товщини яких на півпорядку - порядок менше відповідних величин "звичайних" транзисторів.
Базуючись на технології виготовлення омічних контактів для арсенідгалієвих ПТШ із використанням вплавлення евтектичного сплаву AuGe, що забезпечує створення тонкого шару сильнолегованого напівпровідника безпосередньо на границі з металом, було показано, що найкращі характеристики НЕМТ - крутизна ВАХ 350 мСм/мм і коефіцієнт шуму 0.85 дБ (12 ГГц) - не відповідають режиму сплавлення омічного контакту, при якому забезпечується мінімальний питомий контактний опір. Ця обставина стимулювала більш ретельне дослідження впливу режимів термообробки на паразитний опір витоку. Була проаналізована модель формування омічного контакту до багатошарової напівпровідникової гетероструктури і встановлено, що опір витоку істотно залежить від положення границі рекристалізована область - напівпровідник. Аналіз моделі контакту, а також результати ОЕС показали, що мінімальному значенню опору витоку відповідає режим проникнення фронту сплавлення до шару 2DEG. Таким чином, технологічна задача формування оптимального омічного контакту до гетероструктури зводиться до вибору режиму термообробки, що забезпечував би проникнення фронту сплавлення на строго визначену глибину.
Були проведені дослідження зміни опору між стоком і витоком у міру хімічного видалення напівпровідникового матеріалу між контактами. Залежності відношення опорів, вимірюваних при 300 К и 77 К, від часу травлення наведені на рис.3. Для всіх зразків різке зниження опору шару 2DEG при 77 К може бути виявлено лише при видаленні верхнього шунтуючого високолегованого шару n+ GaAs, опір якого слабо залежить від температури (див. поведінку тестового зразка №5 на рис.3). Для зразків №1 і №2 великий послідовний опір шару n+ AlGaAs заважає прояву зниження опору шару 2DEG. Для зразків №3 і №4, де фронт сплавлення проник до шару 2DEG, максимум відношення R (300) /R (77) складає величину 7 - 8 і відповідає ростові рухливості електронів в шарі 2DEG при охолодженні від 300 К до 77 К для досліджених зразків. При великому часі травлення, коли видаляється шар n+ AlGaAs, що є джерелом електронів для шару 2DEG, поведінка всіх зразків наближається до поведінки тестового зразка №5. Виявлені залежності можуть бути застосовані для контролю технологічного процесу при виробництві НЕМТ.
Як уже відзначалося при дослідженні омічних контактів до шарів GaAs, зниження питомого контактного опору обумовлено додатковим легуванням приповерхневого шару напівпровідника атомами Ge. Визначальну роль у цьому процесі може зіграти опромінення структури г-квантами, що впливає на зміну концентрації домішок, дефектів і їхній розподіл у приповерхньому шарі напівпровідника і, отже, на величину контактного опору. Для підтвердження зробленого висновку був вивчений вплив г-опромінення на ск гетероструктур 2-х типів: одні були призначені для створення НЕМТ із низьким рівнем шумів, а інші - для приладів підвищеної потужності. Їхні відмінності зв'язані зі структурою, товщиною і рівнем легування шарів. Було виявлено, що опромінення г-квантами дозою (2-3) ·107 Р приводить до зменшення ск на (10-20) %, що може бути наслідком радіаційно-стимульованого структурно-домішкового упорядкування приконтактної області. На користь цього механізму впливу опромінення на ск свідчить і факт (який експериментально спостерігається) більш сильного впливу радіаційної обробки на зразки, що мають більш значні структурні неоднорідності.
термостійкий омічний бар'єрний контакт
Опромінення дозою 109 Р призводить до різкого зростання контактного опору, причинами якого є зміна концентрації основних носіїв і посилення структурно-хімічної неоднорідності контакту. Посилення міжфазних взаємодій при опроміненні було підтверджено дослідженнями мікрорельєфу границі розділу AuGe-AlGaAs, параметри якого (максимальна висота горбів, глибина западин, відстань між ними та ін.) істотно змінюються В цих умовах істотно зростає роль гетерогенності МГ, зв'язаної з її морфологічною неоднорідністю, що і обумовлює ріст контактного опору.
Висновки
1. Показано, що ріст плівки титану на реальній поверхні арсеніду галію проходить у два етапи: на першому утворюється тонка (~ 25 Е) плівка монооксида титану, а на другому - ріст полікристалічної плівки титану, характерною рисою якої є наявність пор. Пори, що пронизують плівку титану, приводять до низкої термо- і радіаційної стійкості таких контактів
2. Розроблено технологію отримання термостійких до 550°С омічних і бар'єрних контактів для НВЧ діодів, ПТШ та ІС з використанням антидифузійних шарів TiBx, TiNx, що дозволяє створювати напівпровідникові прилади підвищеної надійності.
3. Результати проведених досліджень дозволяють оптимізувати технологію омічних контактів НЕМТ на основі GaAs-AlGaAs.
4. Запропоновано просту методику контролю технологічного процесу омічних контактів НЕМТ.
5. На основі проведених досліджень визначено діапазон доз опромінення -квантами Co60 - (2-3) ·107 Р, у якому спостерігається зменшення питомого контактного опору омічних контактів до структури GaAs-AlGaAs.
Список опублікованих автором праць за темою дисертації
1. Крещук А.М., Лаурс Е.П., Новиков С.В., Савельев И.Г., Семашко Е.М., Стовповой М.А., Шик А.Я. Инвертированная гетероструктура InP/In0.53Ga0.47As для полевого транзистора // Физика и техника полупроводников. - 1990. - Т.24. - Вып.6. - C.1145-1147.
2. Осинский В.И., Стовповой М.А. Исследование планарных контактов к квантоворазмерным нанослоям гетероструктур n-GaAs - n-GaAs - n-GaAlAs - n+-GaAlAs - n+-GaAs // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 1995. - Вып.29. - C.18-24.
3. 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 полевых транзисторов с барьером Шоттки // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 1999. - № 4. - C.73-76.
4. Босый В.И., Иващук А.В., Ковальчук В.Н., Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Соловьев Е.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е., Тариелашвили Г.Т. Полевые транзисторы с барьером Шоттки при криогенных температурах // Петербургский журнал электроники. - 2000. - Вып.1 (22). - C.52-55.
5. 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 г - радиации 60Со на электрофизические свойства арсенидгаллиевых ПТШ // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 2000. - № 6. - C.45-52.
6. Стовповой М. А Омические контакты для полевых транзисторов на гетероструктуре GaAs-GaAlAs // Физика и химия обработки материалов. - 2000. - № 6. - C.64-66.
7. Венгер Е.Ф., Войциховский Д.И., Конакова Р.В., Миленин В.В., Стовповой М.А. Влияние активных воздействий на формирование и деградацию контактных структур // Петербургский журнал электроники. - 2001. - Вып.3. - C.10-27.
8. Konakova R. V., Milenin V. V., Stovpovoj M. A. Optimization of technological parameters of ohmic contact junctions for GaAs-AlGaAs-based transistor structures // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2002. - Vol.5. - № 2. - Р.180-182.
9. Иванов В.Н., Конакова Р.В., Миленин В.В., Стовповой М.А. Контактообразующие плёнки боридов и нитридов титана в арсенидгаллиевых СВЧ-приборах // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2002. - № 6. - С.54-56.
10. Конакова Р.В., Миленин В.В., Стовповой М.А. Влияние г - облучения на характеристики омических контактов полевых транзисторов на основе гетероструктуры GaAs-AlGaAs // Петербургский журнал электроники. - 2002. - Вып.4 (33). - С.18 22.
11. Конакова Р.В., Миленин В.В., Стовповой М.А. Физико технологические аспекты создания омиических контактов для НЕМТ // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2003. - Вып.38. - С.172-186.
12. Ivanov V. N., Konakova R. V., Milenin V. V., Stovpovoj M. A. Heat-resistant ohmic and barrier contacts for GaAs-based microwave devices // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2003. - Vol.6. - № 3. - P.311-315.
13. Способ изготовления омического контакта к полупроводниковому соединению А3В5 с проводимостью n - типа: А. с. №299219 СССР МКИ HOI L21/30. Босый В.И., Иващук А.В., Кохан В.П., Стовповой М. А.
14. Кохан В.П., Рыжакова Л.К., Ренгевич А.Е., Стовповой М.А. Малошумящие СВЧ полевые транзисторы // Материалы 9-й международной Крымской микроволновой конференции. - Севастополь: Вебер. - 1999. - С.64-65.
15. Конакова Р.В., Миленин В.В., Соловьев Е.А., Статов В.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е. Радиационное дефектообразование в арсенидгаллиевых полевых транзисторах с барьером Шоттки // Материалы третьей международной конференции "Взаимодействие излучений с твердым телом”. - Минск. - 1999. - С.116-118.
16. Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Миленин В.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 // Материалы XIV международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению. - Алушта. - 2000. - С.335-336.
17. Стовповой М.А. Полупроводниковые планарные резисторы для МИС // Материалы 10-й международной Крымской микроволновой конференции "СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии”. - Севастополь: Вебер. - 2000. - С.448-449.
18. Конакова Р.В., Миленин В.В., Ренгевич А. Е, Стовповой М.А. Радиационная стойкость омических контактов полевых транзисторов на основе гетероструктуры GaAs-AlGaAs // Материалы 11-й международной конференции "СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии”. - Севастополь: Вебер. - 2001. - с.434-436.
Анотацiя
Стовповий М.О. Формування і дослідження термостійких омічних та бар'єрних контактів до НВЧ приладів основі GaAs. - Рукопис.
Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.27.06 - технологія, обладнання і виробництво електронної техніки. - Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова Національної Академії наук України, Київ, 2005.
Дисертація присвячена розробці та дослідженню термостійких омічних і бар'єрних контактів для НВЧ приладів.
У роботі показано, що системи металізації Au-AuGe та Au-Ti для омічних і бар'єрних контактів відповідно, які широко застосовуються в мікроелектроніці, є термостійкими лише до 350 єС, що пов'язано з дифузійними процесами та міжшаровими взаємодіями в контактах. Запропоновані та досліджені системи металізації Au-TaNx (TiBx) - AuGe і Au-TiNx (TiBx) для омічних і бар'єрних контактів відповідно можуть стабільно працювати при температурах до 550° С без зміни електрофізичних параметрів. Використання таких контактів дозволяє створення напівпровідникових приладів підвищеної надійності.
Проведено дослідження омічних контактів для гетероструктурних (GaAs-AlGaAs) польових транзисторів. Експериментально визначений критерій оптимальності технології і досліджена радіаційна стійкість таких контактів. Запропоновано методику контролю техпроцесу. Показано, що після впливу г-радіації у діапазоні доз (2-3) ·107 Р спостерігається поліпшення параметрів омічного контакту таких приладів.
Ключові слова: польовий транзистор, омічний контакт, бар'єрний контакт.
Аннотация
Стовповой М.А. Формирование и исследование термостойких омических и барьерных контактов для СВЧ приборов на основе GaAs. - Рукопись.
Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06 - технология, оборудование и производство электронной техники. - Институт физики полупроводников им.В.Е. Лашкарёва Национальной Академии наук Украины, Киев, 2005.
Диссертация посвящена разработке и исследованию термостойких барьерных и омических контактов для СВЧ приборов.
Показано, что при напылении титана на реальную поверхность арсенида галлия (создание затворного электрода ПТШ) процесс проходит в два этапа: на первом образуется плёнка монооксида титана, а на втором - рост поликристаллической плёнки титана, характерной особенностью которой является наличие пор, пронизывающих плёнку титана, что и приводит к низкой термостойкости затворных контактов - до 350°С. Такой же термостойкостью обладают и широко используемые в микроэлектронике омические контакты Au-AuGe. Предложенные и исследованные в работе системы металлизации Au-TaNx (TiBx) - AuGe и Au-TiNx (TiBx) для омических и выпрямляющих контактов соответственно могут стабильно работать при температурах вплоть до 550°С без изменения электрофизических параметров. Использование таких контактов позволяет создание полупроводниковых приборов повышенной надёжности. Проведены исследования влияния г-радиации на электрофизические параметры контактной системы Au-Ti-GaAs. Показано, что при облучении ПТШ г-квантами Co60 в диапазоне доз (2-3) ·107 Р наблюдается улучшение параметров приборов (возрастает крутизна ВАХ, уменьшается коэффициент шума).
Проведены исследования омических контактов для гетероструктурных (GaAs-AlGaAs) полевых транзисторов. Показано, что условием получения оптимального омического контакта для таких структур является проникновение фронта сплавления контактной металлизации до слоя 2DEG, но не минимальное удельное контактное сопротивление. Предложена методика контроля техпроцесса. Исследована радиационная стойкость таких контактов. Показано, что воздействие г-радиации Co60 в диапазоне доз (2-3) ·107 Р также улучшает параметры омического контакта в результате радиационно-стимулированной релаксации внутренних механических напряжений.
Ключевые слова: полевой транзистор, омический контакт, барьерный контакт.
Summary
Stovpovyi M.O. Development and investigation of heat-resistant barrier and ohmic contacts for microwave devices on the basis of GaAs. - Manuscript.
Thesis for a Candidate of Technical Sci. degree in specialty 05.27.06-technology, equipment and manufacturing of electronic products. - V. J. Lashkarjov Institute of Semiconductor Physics National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2005.
The thesis deals with development and research of heat-resistant barrier and ohmic contacts for microwave devices.
It was shown that widely used metallisation systems Au-AuGe and Au-Ti (for ohmic and barrier contacts accordingly) are heat-resistant only to temperatures about 350 є C due to diffusion and new phases creation processes. Proposed and studied in this work systems Au-TaNx (TiBx), Au-TiNx (TiBx) for ohmic and barrier contacts accordingly can stably work at temperatures up to 550°С without change of electrophysical parameters. Use of such contacts allows creation of GaAs microwave devices of increased reliability.
Researches of ohmic contacts for heterostructure (GaAs-AlGaAs) field-effect transistors were carried out. The criterion of technology optimality was experimentally determined and radiating stability of such contacts was investigated. The technique of the technology control is offered. It was shown, that influence of г - radiation Co60 in a range of dozes (2-3) ·107 Р improves parameters of ohmic contact.
Key words: field-effect transistor, ohmic contact, barrier contact.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Огляд конструкцій видів проволочних підстроювальних резисторів з коловими переміщеннями контактів. Розрахунок резистивного елемента, контактів пружини, частотних характеристик з метою проектування резистору змінного опору по заданим вихідним параметрам.
курсовая работа [51,1 K], добавлен 29.08.2010Ефекти в напівпровідникових матеріалах, що виникають у магнітному полі. Геометрія зразків і положення контактів. Методи дослідження ефекту Холла. Магніторезистивний ефект. Універсальна установка для вимірювання параметрів напівмагнітних напівпровідників.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 13.05.2012Використання вентильних властивостей випрямляючих контактів. Перетворення змінного струму у постійний. Принцип дії кремнієвого і германієвого діодів. Подача на діод зворотної напруги. Концентрація генерованих носіїв заряду. Зворотний струм діода.
дипломная работа [83,6 K], добавлен 01.12.2012Проектування вимірювальних приладів. Використання приладів з цифровою формою представлення результатів вимірювань. Включення семисигментного індикатора. Робота цифрового вольтметра постійного струму. Розробка топології та виготовлення друкованої плати.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 20.06.2011Анализ современного состояния работ, посвященных исследованию неустойчивостей тока в полупроводниковых структурах. Исследование влияния формы контактных площадок на параметры токовых колебаний в мезапланарных структурах на основе высокоомного GaAs.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 18.07.2014Магнітні властивості речовин, визначення магнітних характеристик феромагнетиків. Магнітна індукція як силова характеристика магнітного поля, розрахунки магнітних кіл. Опис лабораторної установки, приладів для вимірювання, порядок виконання роботи.
лабораторная работа [971,1 K], добавлен 13.09.2009Оптичні властивості тонких плівок нітриду титану. Електрофізичні та сорбційні характеристики прополісу. Дослідження закономірностей розсіювання тонкими плівками TiN і прополісу світлових потоків при різних формах поляризації падаючого випромінювання.
магистерская работа [1,6 M], добавлен 29.09.2015Опис процедури обчислення багатовіконного перетворення, етапи її проведення, особливості сигналів та вейвлет-функцій для різних значень. Дослідження властивості розрізнювання вейвлет-перетворення. Апроксимуюча і деталізуюча компоненти вейвлет-аналізу.
реферат [410,9 K], добавлен 04.12.2010Огляд методів та приладів для вимірювання вологості. Розробка функціональної схеми вогогоміра. Рівняння перетворення та похибки квантування цифрового вимірювача параметрів електричного кола. Кондуктометричний і ємнісний методи вимірювання вологості.
курсовая работа [40,1 K], добавлен 24.01.2011Методи вирощування плівок термічного SiO2. Основні властивості диоксиду кремнію та меж розділу з напівпровідником та металом. Дослідження пористості плівок термічного SiO2. Електрофізичні характеристики структур.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 08.08.2007Склад та призначення елементів схеми типового зовнішнього модему. Основні функції модемних схем, способи їх забезпечення, особливості і недоліки. Призначення контактів поширених з'єднувачів канального стику. Основні функції модемного контролера.
контрольная работа [92,2 K], добавлен 15.01.2011Ступінь зміни нормованих методологічних характеристик кількісних значень показників надійності експлуатації технічних пристроїв. Форми виявлення характерних поломок та конструктивних недоліків приладів. Визначення особливостей метрологічного дослідження.
лабораторная работа [12,4 K], добавлен 29.11.2008Планово-організаційний аналіз змісту навчання робітничої спеціальності "Монтажник радіоелектронної апаратури та приладів". Психолого-педагогічний зміст роботи викладача професійно-технічного навчального закладу. Проведення педагогічного спостереження.
курсовая работа [598,2 K], добавлен 05.09.2011Властивості, характеристики та параметри сучасних електронних приладів. Принципи побудови найпростіших електронних пристроїв. Властивості та способи розрахунку схем. Вольтамперні характеристики напівпровідникових діодів, біполярних та польових транзисторі
контрольная работа [282,4 K], добавлен 27.04.2011Дослідження основних структур тригерних пристроїв (RS, D, Т, JК - типів) в логічному базисі І-НЕ з потенційним представленням інформації. Будова та види тригерів, їх синтез на основі логічних ІMС. Характеристичні рівняння, що описують їх функціонування.
реферат [1,3 M], добавлен 14.03.2011Сутність і властивості напівпровідників, їх види. Основні недоліки напівпровідникових приладів, їх типи. Характеристика двохелектродної лампи-діода, її принцип роботи. Опис тріода, транзистора. Сфера використання фоторезистора, тетрода, світлодіода.
презентация [2,5 M], добавлен 06.06.2013Способи проектування мереж абонентського доступу (МАД) на основі технології VDSL. Розрахунок варіантів розміщення ONU. Розрахунок пропускної здатності розглянутої топології VDSL. Аналіз основних характеристик МАД, розробка засобів їхнього підвищення.
курсовая работа [772,2 K], добавлен 29.08.2010Цифрові вимірювальні прилади. Аналого-цифрове перетворення та три операції його виконання – дискредитація, квантування та цифрове кодування вимірюваної величини. Щільність розподілу похибки квантування. Класифікація цифрових вимірювальних приладів.
учебное пособие [259,0 K], добавлен 14.01.2009Биполярные и полевые СВЧ-транзисторы. Баллистические и аналоговые транзисторы. Сравнительная таблица основных свойств полупроводникового материала 4H-SiC с Si и GaAs. Алмаз как материал для СВЧ-приборов. Приборы на основе квантово-размерных эффектов.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 22.08.2015Розробка електромеханічної системи керування електроприводом регулювальної засувки на базі перетворювача частоти. Експериментальні дослідження перехідних процесів в трубопровідній мережі. Програмне забезпечення з формування темпів закриття засувки.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 29.04.2013
