RU2463685C1 - High-power uhf field transistor - Google Patents
High-power uhf field transistor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2463685C1 RU2463685C1 RU2011123071/28A RU2011123071A RU2463685C1 RU 2463685 C1 RU2463685 C1 RU 2463685C1 RU 2011123071/28 A RU2011123071/28 A RU 2011123071/28A RU 2011123071 A RU2011123071 A RU 2011123071A RU 2463685 C1 RU2463685 C1 RU 2463685C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor substrate
- effect transistor
- semi
- layers
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения и, прежде всего, в монолитно интегральном исполнении.The invention relates to electronic equipment and can be used as active elements of microwave devices for various purposes and, above all, in integral integral design.
Выходная мощность и коэффициент усиления по мощности (далее коэффициент усиления) - одни из основных выходных параметров мощных полевых транзисторов СВЧ.The output power and power gain (hereinafter referred to as gain) are one of the main output parameters of high-power microwave field effect transistors.
Возможные пути их повышения -Possible ways to increase them -
- снижение теплового и паразитного электрического сопротивлений,- reduction of thermal and spurious electrical resistances,
- увеличение ширины электрода затвора,- increasing the width of the gate electrode,
- снижение паразитных емкостей.- reduction of stray capacitance.
С целью увеличения ширины электрода затвора используют многозатворную конструкцию мощного полевого транзистора СВЧ [1, 2, 3, 4].In order to increase the width of the gate electrode, a multi-gate design of a high-power microwave field-effect transistor is used [1, 2, 3, 4].
При этом, с одной стороны, чем больше ширина общего электрода затвора, тем выше выходная мощность полевого транзистора.Moreover, on the one hand, the larger the width of the common gate electrode, the higher the output power of the field effect transistor.
Однако, с другой стороны, имеется ряд ограничений, а именно:However, on the other hand, there are a number of limitations, namely:
- при достаточно большой ширине единичного электрода затвора снижается эффективность работы полевого транзистора, то есть удельная выходная мощность в расчете на единицу ширины единичного электрода затвора вследствие значительного паразитного сопротивления общего электрода затвора,- with a sufficiently large width of a single gate electrode, the efficiency of the field effect transistor decreases, that is, the specific output power per unit width of a single gate electrode due to the significant parasitic resistance of the common gate electrode,
- из-за несовершенства технологического оборудования и технологии изготовления конструкция отличается неточностью совмещения единичных электродов затвора и, соответственно, неидентичностью его каналов, последнее приводит к снижению эффективности сложения мощности каналов,- due to the imperfection of technological equipment and manufacturing technology, the design is notable for the inaccuracy of combining single gate electrodes and, accordingly, the identity of its channels, the latter leads to a decrease in the efficiency of adding the power of the channels,
- при некоторых размерах области полуизолирующего арсенида галлия (менее 4 мкм) наблюдается повышение тока утечки между единичными электродами исток-сток, что приводит к появлению неуправляемого единичным электродом затвора тока стока,- for some sizes of the semi-insulating gallium arsenide region (less than 4 μm), an increase in the leakage current between single source-drain electrodes is observed, which leads to the appearance of a drain current uncontrolled by a single gate electrode,
- при некоторых размерах канавок (менее 0,5 мкм) в парах единичных электродов исток-сток, в которых расположены единичные электроды затвора, имеет место снижение пробивного напряжения между единичными электродами затвор-исток и затвор-сток.- for some sizes of grooves (less than 0.5 μm) in the pairs of single source-drain electrodes in which the single gate electrodes are located, there is a decrease in breakdown voltage between the single gate-source and gate-drain electrodes.
И как следствие этого - некоторое снижение выходной мощности и коэффициента усиления полевого транзистора СВЧ.And as a result of this - a slight decrease in the output power and gain of the microwave field-effect transistor.
Указанные выше недостатки успешно решены указанными выше известными техническими решениями.The above disadvantages have been successfully resolved by the above known technical solutions.
С целью снижения паразитного сопротивления общего электрода затвора полевой транзистор выполнен в виде так называемой гребенки из чередующейся последовательности единичных электродов истока, затвора, стока, при этом единичные электроды затвора расположены в канавках каналов, выполненных между единичными электродами истока и стока [1].In order to reduce the parasitic resistance of the common gate electrode, the field-effect transistor is made in the form of a so-called comb from an alternating sequence of unit electrodes of the source, gate, and drain, and unit gate electrodes are located in the channel grooves made between the unit source and drain electrodes [1].
С целью исключения неточности совмещения единичных электродов затвора полевого транзистора и, соответственно, неидентичности его каналов и, соответственно, снижения эффективности сложения мощности каналов между парами единичных электродов исток-сток расположены области полуизолирующего арсенида галлия, оптимизирована длина единичных электродов затвора, расположенных в парах единичных электродов исток-сток (не более 0,7 мкм), и при этом единичные электроды затвора выполнены в канавках каналов асимметрично в сторону единичных электродов истока [2].In order to eliminate the inaccuracy of combining the single gate electrodes of the field-effect transistor gate and, accordingly, the non-identity of its channels and, accordingly, reducing the efficiency of adding the power of the channels between the pairs of single source-drain electrodes, the regions of the semi-insulating gallium arsenide are located, the length of the single gate electrodes located in the pairs of single electrodes is optimized source-drain (not more than 0.7 μm), and at the same time, single gate electrodes are made asymmetrically in the channel grooves towards single electrodes source s [2].
С целью снижения тока утечки между единичными электродами исток-сток и увеличения пробивного напряжения между единичными электродами затвор-исток и сток-затвор оптимизированы ширина области полуизолируещего арсенида галлия, ширина (0,9-1,3 мкм) и глубина (0,2-0,3 мкм) канавок, расположение единичных электродов затвора в канавках каналов (на расстоянии, равном 0,1-0,3 и 0,5-0,7 мкм соответственно) [3, 4].In order to reduce the leakage current between the single source-drain electrodes and increase the breakdown voltage between the single gate-source and drain-gate electrodes, the width of the semi-insulating gallium arsenide region, the width (0.9-1.3 μm) and the depth (0.2- 0.3 μm) grooves, the location of the single gate electrodes in the channel grooves (at a distance of 0.1-0.3 and 0.5-0.7 μm, respectively) [3, 4].
Это позволило значительно увеличить выходную мощность полевого транзистора СВЧ.This has significantly increased the output power of the microwave field effect transistor.
Выходная мощность полевых транзисторов СВЧ, описанных в [3, 4], составляет порядка (750, 1000) мВт, коэффициент усиления порядка (10, 12) дБ соответственно на частоте 10 ГГц.The output power of microwave field-effect transistors described in [3, 4] is of the order of (750, 1000) mW, and the gain is of the order of (10, 12) dB, respectively, at a frequency of 10 GHz.
Однако рассмотренные выше мощные полевые транзисторы СВЧ с достаточно высокой выходной мощностью ограничены в ряде случаев их применения и, прежде всего, при изготовлении монолитных интегральных схем (МИС) СВЧ вследствие их конструктивных особенностей, а именно из-за достаточно большой толщины подложки под активной областью (порядка 100 мкм) и достаточно малой ее толщины (порядка 10 мкм) в области максимального отвода тепла (металлизированного отверстия для заземления электродов).However, the high-power microwave field effect transistors considered above with a sufficiently high output power are limited in some cases of their application and, first of all, in the manufacture of monolithic integrated circuits (MIS) of the microwave due to their design features, namely because of the sufficiently large thickness of the substrate under the active region ( about 100 μm) and its sufficiently small thickness (about 10 μm) in the region of maximum heat removal (metallized hole for grounding the electrodes).
Это затрудняет возможность обеспечения плотной упаковки единичных электродов стока, затвора, истока, что определяет их высокие массогабаритные характеристики.This makes it difficult to ensure tight packing of single electrodes of the drain, gate, source, which determines their high overall dimensions.
Известен мощный полевой транзистор СВЧ, содержащий на лицевой стороне полупроводниковой подложки с заданной структурой слоев, по меньшей мере, одну заданную топологию элементов активной области полевого транзистора, представляющую собой последовательность единичных электродов стока, затвора, истока, канала с канавкой между каждой парой единичных электродов сток-исток под единичный электрод затвора, при этом одноименные единичные электроды соединены электрически, металлизированное отверстие для заземления общего электрода истока, интегральный теплоотвод с обратной стороны полупроводниковой подложки из высоко тепло- и электропроводящего материала [5 - прототип].A powerful microwave field-effect transistor is known that contains on the front side of a semiconductor substrate with a predetermined layer structure at least one predetermined topology of elements of the active region of a field-effect transistor, which is a sequence of unit electrodes of a drain, gate, source, channel with a groove between each pair of unit electrodes of a drain a source for a single gate electrode, wherein the same unit electrodes are electrically connected, a metallized hole for grounding a common source electrode, and integral heat sink on the back of a semiconductor substrate of highly heat and electrically conductive material [5 - prototype].
Наличие в конструкции мощного полевого транзистора СВЧ интегрального теплоотвода толщиной порядка 30 мкм обеспечивает:The presence in the design of a powerful microwave field effect transistor with an integrated heat sink with a thickness of the order of 30 microns provides:
- во-первых, возможность утонения полупроводниковой пластины до толщины порядка 30 мкм, что соответственно обеспечивает снижение теплового сопротивления полупроводниковой подложки и, соответственно, повышение отвода тепла и, как следствие, повышение выходной мощности,- firstly, the possibility of thinning the semiconductor wafer to a thickness of the order of 30 μm, which accordingly provides a reduction in the thermal resistance of the semiconductor substrate and, accordingly, an increase in heat dissipation and, as a result, an increase in the output power
- во-вторых, возможность реализации в конструкции плотной упаковки единичных электродов стока, затвора, истока и тем самым уменьшение массогабаритных характеристик и возможность использования данной конструкции мощных транзисторов СВЧ при изготовлении монолитных интегральных схем (МИС) СВЧ, что на сегодня, как указано выше, является актуальным.- secondly, the possibility of realizing a single package of drain, gate, source electrodes in a close-packed design and thereby reducing weight and size characteristics and the possibility of using this design of high-power microwave transistors in the manufacture of monolithic microwave integrated circuits (MIS), which for today, as indicated above, is relevant.
Однако выходная мощность данного мощного транзистора СВЧ является недостаточно высокой.However, the output power of this powerful microwave transistor is not high enough.
Техническим результатом заявленного мощного полевого транзистора СВЧ является повышение выходной мощности и коэффициента усиления, уменьшение массогабаритных характеристик, снижение стоимости, повышение выхода годных и, соответственно, производительности.The technical result of the claimed high-power microwave field-effect transistor is to increase the output power and gain, reduce the weight and size characteristics, reduce the cost, increase the yield and, accordingly, the performance.
Указанный технический результат достигается заявленным мощным полевым транзистором СВЧ, содержащим полупроводниковую подложку с заданной структурой слоев, на лицевой стороне которой, по меньшей мере, одну заданную топологию элементов активной области полевого транзистора, представляющую собой последовательность единичных электродов стока, затвора, истока и канала с канавкой между каждой парой единичных электродов сток-исток под единичный электрод затвора, при этом одноименные единичные электроды стока, затвора, истока соединены электрически, металлизированное отверстие для заземления общего электрода истока, интегральный теплоотвод из высоко тепло- и электропроводящего материала с обратной стороны полупроводниковой подложки.The specified technical result is achieved by the claimed high-power microwave field-effect transistor containing a semiconductor substrate with a given layer structure, on the front side of which at least one predetermined topology of elements of the active area of the field-effect transistor is a sequence of unit electrodes of drain, gate, source and channel with a groove between each pair of unit electrodes, drain-source under a single gate electrode, while the same unit electrodes of drain, gate, source are connected by electric ktricheski, metallized hole for common grounding the source electrode, the integral heat sink of high thermal and electrically conductive material on the back side of the semiconductor substrate.
В котором заданная структура слоев полупроводниковой подложки выполнена в виде прямой последовательности полуизолирующего слоя, n+ типа проводимости слоя, стоп-слоя, буферного слоя, активного слоя, с толщиной полуизолирующего и буферного слоев (не менее 30,0) и (1,0-20,0) мкм соответственно, часть металлизированного отверстия с лицевой стороны полупроводниковой подложки на глубине, равной сумме толщин активного, буферного и стоп слоев, выполнена с металлизированным дном, а другая часть металлизированного отверстия с обратной стороны полупроводниковой подложки на глубину, равную сумме толщин полуизолирующего и n+ типа проводимости слоев, выполнена глухой в виде сплошного слоя из высоко тепло- и электропроводящего материала, при этом асимметрично в сторону общего электрода стока относительно вертикальной оси металлизированного отверстия, с размером поперечного сечения, равным размеру поперечного сечения топологии элементов активной области полевого транзистора, при этом упомянутые части металлизированного отверстия перекрываются полностью либо частично в горизонтальной плоскости в месте их соприкосновения, а интегральным теплоотводом одновременно является сплошной слой из высоко тепло- и электропроводящего материала другой части металлизированного отверстия.In which the specified structure of the layers of the semiconductor substrate is made in the form of a direct sequence of a semi-insulating layer, n + type of conductivity of the layer, stop layer, buffer layer, active layer, with the thickness of the semi-insulating and buffer layers (not less than 30.0) and (1.0- 20.0) μm, respectively, part of the metallized hole on the front side of the semiconductor substrate at a depth equal to the sum of the thicknesses of the active, buffer and stop layers, is made with a metallized bottom, and the other part of the metallized hole on the back of the semiconductor a single substrate to a depth equal to the sum of the thicknesses of the semi-insulating and n + types of conductivity of the layers is made blind in the form of a continuous layer of highly heat and electrically conductive material, while asymmetrically towards the common drain electrode relative to the vertical axis of the metallized hole, with a cross-sectional size equal to the cross-sectional size of the topology of the elements of the active area of the field effect transistor, while the above-mentioned parts of the metallized hole overlap fully or partially in horizontally plane at the point of contact, and simultaneously an integral heat sink is a continuous layer of highly heat conductive material and another portion of the metallized holes.
Полупроводниковая подложка может быть выполнена из полупроводникового материала группы AIIIBV.The semiconductor substrate may be made of a semiconductor material of group A III B V.
Стоп-слой может быть выполнен из AlAs либо InGaP, буферный слой - из нелегированного GaAs либо сверхрешетки, состоящей из чередующихся слоев AlGaAs и GaAs.The stop layer can be made of AlAs or InGaP, the buffer layer can be made of undoped GaAs or a superlattice consisting of alternating layers of AlGaAs and GaAs.
Высоко тепло- и электропроводящий материал представляет собой, например, золото либо CVD алмаз.Highly heat and electrically conductive material is, for example, gold or CVD diamond.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Совокупность существенных признаков заявленного мощного полевого транзистора СВЧ, а именно: выполнение заданной структуры слоев полупроводниковой подложки в виде прямой последовательности полуизолирующего слоя, n+типа проводимости слоя, стоп-слоя, буферного слоя, активного слоя в совокупности с указанной толщиной полуизолирующего и буферного слоев (не менее 30,0), (1,0-20,0) мкм соответственно обеспечивает:The set of essential features of the claimed high-power microwave field-effect transistor, namely: the execution of a given layer structure of a semiconductor substrate in the form of a direct sequence of a semi-insulating layer, n + type of layer conductivity, stop layer, buffer layer, active layer in combination with the indicated thickness of the semi-insulating and buffer layers ( not less than 30.0), (1.0-20.0) microns respectively provides:
- во-первых, существенное снижение теплового сопротивления кристалла полевого транзистора СВЧ и тем самым улучшение отвода тепла и, как следствие, повышение выходной мощности и коэффициента усиления;- firstly, a significant reduction in the thermal resistance of the crystal of the microwave field-effect transistor and thereby improving heat dissipation and, as a result, increasing the output power and gain;
- во-вторых, уменьшение линейных размеров единичного кристалла полевого транзистора СВЧ и тем самым:- secondly, a decrease in the linear dimensions of a single crystal of a microwave field-effect transistor and thereby:
а) уменьшение массогабаритных характеристик,a) reduction in weight and size characteristics,
б) повышение выхода годных и, соответственно, производительности, снижение стоимости за счет увеличения съема единичных кристаллов полевых транзисторов с одной полупроводниковой подложки - пластины.b) increasing the yield and, accordingly, productivity, reducing cost by increasing the removal of single crystals of field-effect transistors from one semiconductor substrate - wafers.
Выполнение части металлизированного отверстия с лицевой стороны полупроводниковой подложки на глубине, равной сумме толщин активного, буферного и стоп слоев с металлизированным дном, обеспечивает расположение металлизированной площадки общего электрода истока на n+ слое (проводящем слое), и тем самым обеспечивается электрический контакт с другой частью металлизированного отверстия, и тем самым обеспечивается возможность реализации заявленной конструкции мощного полевого транзистора технологически.The implementation of the part of the metallized hole on the front side of the semiconductor substrate at a depth equal to the sum of the thicknesses of the active, buffer and stop layers with a metallized bottom, ensures the location of the metallized area of the common electrode of the source on the n + layer (conductive layer), and thereby provides electrical contact with the other part metallized holes, and thereby provides the possibility of implementing the claimed design of a powerful field effect transistor technologically.
Выполнение другой части металлизированного отверстия с обратной стороны полупроводниковой подложки на глубину, равную сумме толщин полуизолирующего и n+ типа проводимости слоев, глухой в виде сплошного слоя из высоко тепло- и электропроводящего материала, при этом асимметрично в сторону общего электрода стока относительно вертикальной оси металлизированного отверстия, с размером поперечного сечения, равным размеру поперечного сечения топологии элементов активной области полевого транзистора, обеспечивает следующее. The execution of the other part of the metallized hole on the back of the semiconductor substrate to a depth equal to the sum of the thicknesses of the semi-insulating and n + type conductivity of the layers is blind in the form of a continuous layer of highly heat and electrically conductive material, while it is asymmetric towards the common drain electrode relative to the vertical axis of the metallized hole , with a cross-sectional size equal to the cross-sectional size of the topology of the elements of the active region of the field effect transistor, provides the following.
Во-первых, максимально возможное утонение полупроводниковой пластины в активной области единичного кристалла полевого транзистора, благодаря исключению из общей толщины этой области составляющей в виде полуизолирующего (полупроводникового) слоя, при этом имеющего большую толщину (порядка 30-100 мкм), а также n+ типа проводимости слоя, материал которых имеет низкую и очень низкую теплопроводность (так, теплопроводность полупроводникового материала арсенида галлия составляет порядка 30 Вт/(м×К).Firstly, the maximum possible thinning of a semiconductor wafer in the active region of a single crystal field-effect transistor, due to the exclusion from the total thickness of this region of a component in the form of a semi-insulating (semiconductor) layer, while having a large thickness (of the order of 30-100 μm), as well as n + type of conductivity of the layer, the material of which has low and very low thermal conductivity (for example, the thermal conductivity of the semiconductor material of gallium arsenide is about 30 W / (m × K).
Во-вторых, значительное снижение теплового сопротивления единичного кристалла полевого транзистора и тем самым улучшение отвода тепла, поскольку функцию как несущего слоя полупроводниковой подложки обеспечивает эта (другая) часть металлизированного отверстия.Secondly, a significant reduction in the thermal resistance of a single crystal field-effect transistor and thereby improving heat dissipation, since this (other) part of the metallized hole provides a function as a carrier layer of the semiconductor substrate.
И как следствие того и другого - повышение выходной мощности и коэффициента усиления.And as a consequence of both, an increase in output power and gain.
В-третьих, повышение прочности единичного кристалла полевого транзистора за счет сохранения общей его толщины (порядка 30-100 мкм), и тем самым обеспечивается максимально возможное исключение деформации единичного кристалла полевого транзистора:Thirdly, increasing the strength of a single crystal of a field-effect transistor by maintaining its total thickness (about 30-100 microns), and this ensures the maximum possible exclusion of deformation of a single crystal of a field-effect transistor:
а) при его разделении, благодаря возможности разделения полупроводниковой пластины на единичные кристаллы механическим способом, например резкой,a) when it is separated, due to the possibility of separation of the semiconductor wafer into single crystals by a mechanical method, for example, sharp,
б) при последующей пайке.b) during subsequent soldering.
И как следствие - повышение выхода годных и, соответственно, производительности.And as a result - increased yield and, accordingly, productivity.
В-четвертых, разделение механическим способом, в отличие от химического способа, например химическим травлением, обеспечивает возможность автоматизированных измерений электрических параметров на полупроводниковой подложке (пластине) и сохранения информации об электрических параметрах полевого транзистора СВЧ после разделения полупроводниковой пластины, что немаловажно при автоматизированном производстве.Fourth, mechanical separation, in contrast to a chemical method, such as chemical etching, provides the ability to automatically measure electrical parameters on a semiconductor substrate (wafer) and save information about the electrical parameters of a microwave field-effect transistor after dividing a semiconductor wafer, which is important in automated production.
В-пятых, реализация конструкции мощного полевого транзистора СВЧ, когда другая часть металлизированного отверстия, выполненная глухой в виде сплошного слоя из высоко тепло- и электропроводящего материала, одновременно выполняет три функции, а именно:Fifth, the implementation of the design of a powerful microwave field-effect transistor, when the other part of the metallized hole, made blind in the form of a continuous layer of highly heat and conductive material, simultaneously performs three functions, namely:
во-первых, как несущего слоя полупроводниковой подложки,firstly, as a carrier layer of a semiconductor substrate,
во-вторых, как заземление общего электрода истока,secondly, as the grounding of the common source electrode,
в-третьих, как интегральный теплоотвод.thirdly, as an integral heat sink.
И как следствие - уменьшение массогабаритных характеристик.And as a result - a decrease in weight and size characteristics.
Перекрытие упомянутых частей металлизированного отверстия полностью либо частично расширяет возможности частных случаев реализации мощного полевого транзистора СВЧ.Overlapping the above-mentioned parts of the metallized hole completely or partially expands the possibilities of particular cases of the implementation of a powerful microwave field-effect transistor.
Итак, заявленный мощный полевой транзистор СВЧ в полной мере обеспечивает достижение указанного технического результата, а именно - повышение выходной мощности и коэффициента усиления, уменьшение массогабаритных характеристик, снижение стоимости, повышение выхода годных и, соответственно, производительности.So, the claimed powerful microwave field-effect transistor fully ensures the achievement of the specified technical result, namely, an increase in the output power and gain, a decrease in weight and size characteristics, a decrease in cost, an increase in the yield and, accordingly, productivity.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 дан разрез фрагмента заявленного мощного полевого транзистора СВЧ (с одной заданной топологией элементов активной области полевого транзистора), гдеFigure 1 is a sectional view of a fragment of the claimed high-power microwave field-effect transistor (with one predetermined topology of elements of the active area of the field-effect transistor), where
- полупроводниковая подложка с заданной структурой ее слоев - 1,- a semiconductor substrate with a given structure of its layers - 1,
- заданная топология элементов активной области полевого транзистора - 2,- a given topology of the elements of the active region of the field effect transistor - 2,
- последовательность единичных электродов стока - 3, затвора - 4, истока - 5, канала - 6 с канавкой - 7,- a sequence of single drain electrodes - 3, shutter - 4, source - 5, channel - 6 with a groove - 7,
- металлизированное отверстие - 8,- metallized hole - 8,
- интегральный теплоотвод - 9,- integral heat sink - 9,
- полуизолирующий слой - 10, n+ типа проводимости слой - 11, стоп-слой - 12, буферный слой - 13, активный слой - 14 прямой последовательности слоев заданной структуры полупроводниковой подложки,- semi-insulating layer - 10, n + type of conductivity layer - 11, stop layer - 12, buffer layer - 13, active layer - 14 direct sequence layers of a given structure of the semiconductor substrate,
- металлизированное дно - 15 части металлизированного отверстия,- metallized bottom - 15 parts of a metallized hole,
- сплошной слой - 16 другой части металлизированного отверстия, выполненной глухой.- a continuous layer is 16 of another part of a metallized hole made deaf.
Мощный полевой транзистор СВЧ работает следующим образом.Powerful microwave field effect transistor operates as follows.
На единичные электроды затвора и стока СВЧ полевого транзистора подаются необходимые напряжения смещения от внешних источников. При этом на единичные электроды затвора - отрицательные, а на единичные электроды стока - положительные относительно единичных электродов истока. На единичные электроды затвора подается СВЧ сигнал, который усиливается СВЧ полевым транзистором и подается на его выход (между электродами стока и истока).The single gate and drain electrodes of the microwave field-effect transistor are supplied with the necessary bias voltages from external sources. At the same time, on the single gate electrodes - negative, and on the single drain electrodes - positive relative to the single source electrodes. A microwave signal is applied to a single gate electrode, which is amplified by a microwave field-effect transistor and applied to its output (between the drain and source electrodes).
Примеры конкретного выполнения заявленного мощного полевого транзистора СВЧ.Examples of specific performance of the claimed powerful field-effect microwave transistor.
Пример 1Example 1
Мощный полевой транзистор выполнен на полупроводниковой подложке 1, выполненной из арсенида галлия с заданной структурой слоев в виде прямой последовательности полуизолирующего слоя 10 с толщиной, равной 90 мкм, n+ типа проводимости слоя 11 с концентрацией легирующей примеси не менее 2×1018, стоп-слоя 12, выполненного из AlAs, буферного слоя 13, выполненного из нелегированного арсенида галлия толщиной, равной 10 мкм, активного слоя 14.A powerful field-effect transistor is made on a
На лицевой стороне полупроводниковой подложки 1 формируют заданную топологию элементов активной области полевого транзистора 2, представляющую собой последовательность единичных электродов стока 3, затвора 4, истока 5, канала 6 с канавкой 7 между парой единичных электродов сток-исток 3-5 под единичный электрод затвора 4 посредством классических методов литографии, травления, напыления системы металлов, образующих омические контакты в области единичных электродов стока 3 и истока 5 и управляющий электрод - единичный электрод затвора 4.On the front side of the
Формируют металлизированное отверстие 8 из высоко тепло- и электропроводящего материала, например золота, для заземления общего электрода истока 5. При этом часть металлизированного отверстия 8 с лицевой стороны полупроводниковой подложки 1 на глубине, равной сумме толщин активного 14, буферного 13 и стоп 12 слоев, выполнена с металлизированным дном 15, а другая часть металлизированного отверстия с обратной стороны полупроводниковой подложки на глубину, равную сумме толщин полуизолирующего слоя 10 и n+типа проводимости слоя 11, выполнена глухой, при этом асимметрично в сторону общего электрода стока 3 относительно вертикальной оси металлизированного отверстия 8, с размером поперечного сечения, равным поперечному сечению топологии элементов активной области полевого транзистора 2, в виде сплошного слоя 16 из высоко тепло- и электропроводящего материала, например золота, а интегральным теплоотводом 9 является одновременно упомянутый сплошной слой 16 другой части металлизированного отверстия 8.A metallized
Примеры 2-5Examples 2-5
Аналогично примеру 1 изготовлены образцы мощного полевого транзистора СВЧ, но при иных толщинах полуизолирующего и буферного слоев заданной структуры как в рамках, указанных в формуле изобретения (примеры 2-3), так и за ее пределами (примеры 4-5).Analogously to example 1, samples of a powerful microwave field-effect transistor were made, but with different thicknesses of the semi-insulating and buffer layers of a given structure both within the framework indicated in the claims (examples 2-3) and beyond (examples 4-5).
На изготовленных образцах мощного полевого транзистора СВЧ были измерены:On the manufactured samples of a high-power microwave field-effect transistor, the following were measured:
- коэффициент усиления при частоте 10 ГГц,- gain at a frequency of 10 GHz,
- выходная мощность.- output power.
Данные сведены в таблицу.The data are tabulated.
Как видно из таблицы, образцы мощных полевых транзисторов СВЧ, изготовленные согласно заявленной формуле изобретения (примеры 1-3), имеют:As can be seen from the table, samples of high-power microwave field effect transistors made in accordance with the claimed claims (examples 1-3) have:
- коэффициент усиления порядка 10 дБ (прототип 9 дБ),- gain of the order of 10 dB (prototype 9 dB),
- выходную мощность порядка 600 мВт (прототип порядка 450 мВт).- output power of the order of 600 mW (prototype of the order of 450 mW).
Таким образом, заявленный мощный полевой транзистор СВЧ по сравнению с прототипом обеспечит повышение выходной мощности в 1,5 раза, коэффициента усиления в 1,1 раза, уменьшение массогабаритных характеристик, снижение стоимости и повышение выхода годных и, соответственно, производительности примерно в 1,3 раза.Thus, the claimed powerful microwave field-effect transistor compared to the prototype will provide an increase in output power by 1.5 times, a gain of 1.1 times, a decrease in weight and size characteristics, a decrease in cost and an increase in usability and, accordingly, productivity of about 1.3 times.
Источники информацииInformation sources
1. Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления. Под ред. Д.В. Ди Лоренцо, Д.Д.Канделуола. Перевод с английского под ред. Г.В.Петрова, М.: Радио и связь, 1988 г., с.118.1. Field effect transistors on gallium arsenide. Principles of work and manufacturing technology. Ed. D.V. Di Lorenzo, D.D. Candeluola. Translation from English, ed. G.V. Petrova, M .: Radio and communications, 1988, p.118.
2. «Мощные GaAs полевые СВЧ-транзисторы со смещенным затвором», авторы Лапин В.Г., Красник В.А., Петров К.И., Темнов A.M. Одиннадцатая Международная конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Сборник материалов конференции 10-14 сентября 2001 г., Севастополь, Крым, Украина, стр.135.2. “Powerful GaAs field-effect microwave transistors with a biased gate”, authors Lapin V.G., Krasnik V.A., Petrov K.I., Temnov A.M. Eleventh International Conference "Microwave and Telecommunication Technologies".
3. Патент РФ №2307424, МПК H01L 29/812, приоритет 02.12.05, опубл. 27.09.07.3. RF patent No. 2307424, IPC H01L 29/812, priority 02.12.05, publ. 09/27/07.
4. Патент РФ №2393589, МПК H01L 29/812, приоритет 25.05.09, опубл. 27.06.10.4. RF patent No. 2393589, IPC H01L 29/812, priority 05.25.09, publ. 06/27/10.
5. Патент РФ №2285976, МПК H01L 21/335, приоритет 06.05.05, опубл. 20.10.06 - прототип.5. RF patent №2285976, IPC H01L 21/335, priority 06.05.05, publ. 10.20.06 - prototype.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011123071/28A RU2463685C1 (en) | 2011-06-07 | 2011-06-07 | High-power uhf field transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011123071/28A RU2463685C1 (en) | 2011-06-07 | 2011-06-07 | High-power uhf field transistor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2463685C1 true RU2463685C1 (en) | 2012-10-10 |
Family
ID=47079710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011123071/28A RU2463685C1 (en) | 2011-06-07 | 2011-06-07 | High-power uhf field transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2463685C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2519055C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-06-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | High-power shf transistor |
| RU2518498C1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-06-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | Shf-transistor |
| RU2519054C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-06-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | Shf high-power transistor with multilayer epitaxial structure |
| RU2539754C1 (en) * | 2013-10-02 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" | Modulation-doped field-effect transistor |
| RU2563319C1 (en) * | 2014-07-02 | 2015-09-20 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | High-power shf field-effect transistor |
| RU2563545C1 (en) * | 2014-06-27 | 2015-09-20 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | High-power shf field-effect transistor |
| RU2599275C1 (en) * | 2015-06-04 | 2016-10-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | High-power microwave field transistor on semiconductor heterostructure |
| RU2690859C1 (en) * | 2018-05-30 | 2019-06-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR HETEROSTRUCTURES WITH ATOMICALLY SMOOTH InGaP AND InP STOP LAYERS ON GaAs AND InP SUBSTRATES |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005005311A (en) * | 2003-06-09 | 2005-01-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor element and semiconductor device |
| RU2285976C1 (en) * | 2005-05-06 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Method for producing high-power microwave transistors |
| RU2005137680A (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-10 | Федеральное государственное унитарное предпри тие"Научно-производственное предпри тие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") (RU) | POWERFUL MICROWAVE FIELD TRANSISTOR WITH SCHOTKY BARRIER |
| RU2393589C1 (en) * | 2009-05-25 | 2010-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | High-performance uhf field transistor with schottky barrier |
-
2011
- 2011-06-07 RU RU2011123071/28A patent/RU2463685C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005005311A (en) * | 2003-06-09 | 2005-01-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor element and semiconductor device |
| RU2285976C1 (en) * | 2005-05-06 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Method for producing high-power microwave transistors |
| RU2005137680A (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-10 | Федеральное государственное унитарное предпри тие"Научно-производственное предпри тие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") (RU) | POWERFUL MICROWAVE FIELD TRANSISTOR WITH SCHOTKY BARRIER |
| RU2307424C1 (en) * | 2005-12-02 | 2007-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Schottky-barrier high-power microwave field-effect transistor |
| RU2393589C1 (en) * | 2009-05-25 | 2010-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | High-performance uhf field transistor with schottky barrier |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2519055C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-06-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | High-power shf transistor |
| RU2519054C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-06-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | Shf high-power transistor with multilayer epitaxial structure |
| RU2518498C1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-06-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | Shf-transistor |
| RU2539754C1 (en) * | 2013-10-02 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" | Modulation-doped field-effect transistor |
| RU2563545C1 (en) * | 2014-06-27 | 2015-09-20 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | High-power shf field-effect transistor |
| RU2563319C1 (en) * | 2014-07-02 | 2015-09-20 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | High-power shf field-effect transistor |
| RU2599275C1 (en) * | 2015-06-04 | 2016-10-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | High-power microwave field transistor on semiconductor heterostructure |
| RU2690859C1 (en) * | 2018-05-30 | 2019-06-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR HETEROSTRUCTURES WITH ATOMICALLY SMOOTH InGaP AND InP STOP LAYERS ON GaAs AND InP SUBSTRATES |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2463685C1 (en) | High-power uhf field transistor | |
| KR102120576B1 (en) | Transistor with bypassed gate structure | |
| US9171937B2 (en) | Monolithically integrated vertical JFET and Schottky diode | |
| JP5357427B2 (en) | Asymmetric layout structure for transistor and its fabrication method | |
| US9240469B2 (en) | Transverse ultra-thin insulated gate bipolar transistor having high current density | |
| US8461631B2 (en) | Composite contact for semiconductor device | |
| US10971615B2 (en) | High power performance gallium nitride high electron mobility transistor with ledges and field plates | |
| EP1894250B1 (en) | Semiconductor devices having varying electrode widths to provide non-uniform gate pitches and related methods | |
| CN112534570B (en) | Monolithic microwave integrated circuit with both enhancement mode and depletion mode transistors | |
| US20220376104A1 (en) | Transistors including semiconductor surface modification and related fabrication methods | |
| JP7204277B2 (en) | Semiconductor device layout and method of formation | |
| US20190271737A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US20110316050A1 (en) | Semiconductor device having a heterojunction biopolar transistor and a field effect transistor | |
| US11929408B2 (en) | Layout techniques and optimization for power transistors | |
| US9923064B2 (en) | Vertical semiconductor device | |
| RU2393589C1 (en) | High-performance uhf field transistor with schottky barrier | |
| KR20130063833A (en) | Monolithic semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| RU2307424C1 (en) | Schottky-barrier high-power microwave field-effect transistor | |
| KR102686096B1 (en) | GaN RF HEMT Structure and fabrication method of the same | |
| US20240113051A1 (en) | Wide bandgap transistor layout with drain on outer edge | |
| US20240194751A1 (en) | Transistor devices including self-aligned ohmic contacts and contact regions and related fabrication methods | |
| KR20230055221A (en) | GaN RF HEMT Structure and fabrication method of the same | |
| CN115377207A (en) | Semiconductor device with schottky diode and method of manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |