Арсенид-галлиевые диоды.Особенности этих диодов.Параметры диодов и их применение.

РЕФЕРАТ
Арсенид-галлиевые диоды
2007 г

Содержание
Введение
1. Полупроводниковые диоды и их применение в электронной технике
2. Арсенид-галлиевые диоды и их применение
3. Сравнительные характеристики различных диодов
4. Концепция развития технологии цифровых исполнительных систем на GaAs
5. Основные технологические характеристики диодов на арсениде галлия
6. Требования к исходным полупроводниковым материалам
7. Требования к технологии обработки поверхности
Заключение
Список литературы

При этом электрическая активация примеси производится путем термической обработки при температурах, превышающих 800 °С.
Отечественной промышленностью выпускаются пластины компенсированного полуизолирующего арсенида галлия диаметром до 76 мм. Однако они отличаются низким качеством: плохая термостабильность, большой уровень дефектности, высокая плотность дислокаций, качество обработки поверхности не соответствует требованиям изготовления исполнительных систем, низкая воспроизводимость параметров слоев, изготовленных ионной имплантацией.
В таблицах 1-5 приведены основные технологические характеристики исполнительных систем.
Таблица 1.
Кристалл и корпусирование.
Годы 2000 г. 2005 г. 2010 г. 2015 г. Минимальный размер, мкм 0.6 0.8 0.35 0.18 0.07 Количество транзисторов на кристалл, см-2 БИС обработки информации 1М 4М 13М 90М БИС специального назначения 0.5М 2М 7М 40М БИС БМК 1М 4М 13М 90М Число входов/выходов кристалла, шт. 400 1024 1024 2048 Число выводов корпуса БИС обработки информации 202 512 512 1024 БИС специального назначения 400 1024 1024 2048 БИС БМК 202 512 512 1024 Рабочая частота Тактовая частота на кристалле, ГГц 1.0 2.0 4.0 8.0 Тактовая частота в корпусе, ГГц 1.0 1.5 2.0 4.0 Размер кристалла, мм2 150200 300 400 600 Максимальное число уровней металлизации 3 4 4 5 5 6 7 8
Таблица 2.
Производство.
Годы 2000 г. 2005 г. 2010 г. 2015 г. Минимальный размер, мкм 0.60.8 0.35 0.18 0.07 Плотность электрических дефектов, деф./м2 360 240 140 25 Минимальное количество масок, шт. 12 16 18 22 Время цикла, дни (теоретическое) 6 8 9 11 Максимальный диаметр подложки, мм 76 100 150 200
Таблица 3.
Электрические параметры.
Годы 2000 г. 2005 г. 2010 г. 2015 г. Минимальный размер, мкм 0.6 0.8 0.35 0.18 0.07 Напряжение питания, В 2.4 5.0 2.4 1.2 0.9 Максимальная мощность Устройства с теплоотводом, Вт 40 80 120 180 Логика без теплоотвода, Вт/см2 5 7 10 10
6. Требования к исходным полупроводниковым материалам
В таблице 4 приведены требования к подложкам полуизолирующего арсенида галлия, необходимым как для изготовления диодов методом непосредственной ионной имплантации, так и для выращивания гетероструктур. Следует заметить, что эти требования во многом превышают достигнутый отечественный уровень даже для пластин диаметром 76 мм, однако соответствуют параметрам предлагаемых на мировом рынке пластин. Необходимым условием для дальнейшего развития как технологии изготовления пластин полуизолирующего GaAs, так и технологии изготовления диодов на его основе, является разработка (либо приобретение) оборудования и методик для неразрушающего контроля пластин полуизолирующего арсенида галлия. Это необходимо как изготовителям пластин, так и производителям диодов для организации входного контроля.
Таблица 4.
Требования к подложкам нелегированного полуизолирующего GaAs.
Годы 2000 г. 2005 г. 2010 г. 2015 г. Минимальный размер, мкм 0.60.8 0.35 0.18 0.07 Диаметр подложки, мм 76 100 150 200 Удельное сопротивление, Ом· см - исходное 1· 108 >1· 108 >1· 108 >1· 108 - после термообработки 850оС, 60 мин. 1· 108 >1· 108 >1· 108 >1· 108 Тип проводимости n n n n Подвижность носителей заряда, см2/В· сек 5000 6000 7000 7500 Плотность дислокаций, см-2 и распределение их по пластине <0.5· 103
однородное < 200
однородное < 100
однородное < 10
однородное Концентрация остаточных примесей, см-3 <5· 1014 <1· 1014 <1· 1013 <5· 1012 Разброс характеристик по площади пластины, % < 5 < 3 < 3 < 2 Концентрация глубоких уровней,см-3 <5· 1014 <1· 1014 <1· 1013 <5· 1012 Нарушение стехиометрии в объеме и на поверхности Отсутствует отсутствует отсутствует отсутствует
Примечания:
1. Требование к геометрии, поверхностным загрязнениям, дефектности и величине нарушенного слоя совпадают с требованиями к Si пластинам соответствующего диаметра для диодов.
2. Однородность пороговых напряжений нормально-закрытых ПТШ, полученных непосредственной ионной имплантацией, не хуже 10 мВ.
7. Требования к технологии обработки поверхности
Из-за существенного различия в исходных материалах, топографии самой поверхности и методов ее обработки имеет место дифференцированный подход к возникающим проблемам обработки поверхности на начальных технологических этапах производства и на его заключительной стадии.
На заключительных стадиях производства диодов технология обработки поверхности, в основном, определяется задачами, возникающими при осаждении металлических и диэлектрических слоев, травлении, формировании контактов и при проведении операций планаризации. Поэтому требования к технологии обработки поверхности на данных стадиях практически не отличаются от аналогичных требований технологии кремниевых диодов.
На начальных стадиях производства требования к технологии обработки поверхности определяются требованиями формирования границы раздела арсенида галлия с металлическими, диэлектрическими и полупроводниковыми слоями. Наиболее существенными из них являются: структурное совершенство и отсутствие нарушений стехиометрии поверхности GaAs, снижение поверхностной концентрации металлов и органики, пассивация поверхности полупроводника с целью задержки формирования естественного окисла. Эти требования являются наиболее общими и не зависят от степени интеграции диодов, однако основная трудность их реализации заключается в том, что они должны выполняться как при подготовке поверхности пластин к эпитаксиальному наращиванию (подготовка исходной поверхности), так и при очистке поверхности в окнах фоторезиста и (или) диэлектрика перед операцией нанесения металлизации омических контактов и контактов Шоттки. Это свидетельствует о том, что одни и те же результаты очистки должны достигаться различными методами обработки (органические и неорганические составы, сухие процессы), а также их комбинацией, В каждом конкретном случае технология обработки будет определяться экономической целесообразностью.
Таблица 5.
Требования к технологии обработки поверхности.
Годы 2000 г. 2005 г. 2010 г. 2015 г. Минимальный размер, мкм 0.60.8 0.35 0.18 0.07 Начальные этапы производства Привносимая дефектность, м-2 2000 1400 500 150 Размер частиц, мкм 0,2 0,12 0,06 0,02 Ширина исключаемой краевой области, мм 3 3 2 2 Эффективность удаления частиц, % 95 95 > 95 > 95 Поверхностная концентрация металлов, см-2 1· 1011 5· 1010 1· 1010 2.5· 109 Поверхностная концентрация органики
(в пересчете на атомы углерода), см-2 5· 1014 1· 1014 3· 1013 3· 1012 Расход деионизованной воды для операции промывки, л/см2 0.030 0.020 0.010 0.010 Доля рециклируемой деионизованной воды, % 40 50 50 50 Микрорельеф поверхности (среднеквадратичное значение), нм 0.30 0.20 0.10 < 0.10 Завершающие этапы производства Привносимая дефектность, м-2 1200 500 200 50 Размер частиц, мкм 0,2 0,12 0,06 0,02 Толщина металла, мкм 1.0 0.8 0.55 0.30 Поверхностная концентрация органики
(в пересчете на атомы углерода), см-2 1· 1015 1· 1015 1· 1015 <1· 1015 Число разрывов, приходящееся на миллиард контактов 2.0 0.8 < 0.2 < 0.2
В настоящий момент и в обозримом будущем жидкостные методы очистки будут использоваться наиболее широко, ввиду таких присущих водным растворам свойств, как высокая растворимость в них металлов, управление Z-потенциалом, эффективная передача звуковой энергии при ультразвуковой очистке поверхности от загрязняющих частиц. Способы же обработки будут отличаться значительным разнообразием: обработка в разбавленных и чередующихся реактивах, обработка погружением и распылением, использование ультразвука, поверхностно-активных веществ, гидромеханической отмывки в воде и органических растворителях. Для технологии GaAs диодов наиболее принципиальными моментами являются: использование неокисляющих реактивов и сушка пластин без доступа атмосферного кислорода.
Заключение
Таким образом, положительными особенностями арсенид-галлиевых выпрямительных диодов являются значительно больший диапазон рабочих температур и лучшие частотные свойства. Верхний предел диапазона рабочих температур арсенид-галлиевых диодов АД 112А составляет 250 °С. Арсенид-галлиевые диоды АД110А могут работать в качестве выпрямителей малой мощности до частоты 1 МГц, что обеспечивается малым временем жизни носителей заряда в этом материале. Таким образом, арсенид-галлиевые выпрямительные диоды по своим частотным свойствам выходят за пределы низкочастотного диапазона и поэтому получают все большее распространение.
Список литературы
1. Андрушко Л.М., Федоров Н.Д. Электронные и квантовые приборы СВЧ. М.: Радио и связь, 1981 г.
2. Федоров Н.Д. Электронные приборы. М.: Атомиздат, 1979 г.
3. Лебедев И.В. Техника и приборы сверхвысоких частот. М.: Высшая школа, 1972 г.
4. Андреев И.С., Арипов Х.К., Кузьмина Г.Н. Электронные и квантовые приборы, часть 1, Ташкент, ТЭИС, 1998 г.
5. Бобровский Ю.Л., Корнилов С.А., Кратиров И.А., Овчинников К.Д., Пышкина Н.И., Федоров Н.Д. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника.: Учебное пособие для вузов / Под ред. проф. Н.Д. Федорова - М.: Радио и связь, 1998 г.
6. Батушев В.А. Электронные приборы: Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980 г.
7. Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы. - М.: Высш. школа, 1979 г.
8. Дулин В.Н. Электронные приборы. - М.: Энергия, 1977 г.
Андрушко Л.М., Федоров Н.Д. Электронные и квантовые приборы СВЧ. М.: Радио и связь, 1981 г.
Федоров Н.Д. Электронные приборы. М.: Атомиздат, 1979 г.
Лебедев И.В. Техника и приборы сверхвысоких частот. М.: Высшая школа, 1972 г.
Андреев И.С. Электронные и квантовые приборы, часть 1, Ташкент, ТЭИС, 1998 г.
Бобровский Ю.Л. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. - М.: Радио и связь, 1998 г.
Батушев В.А. Электронные приборы: Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980 г.
Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы. - М.: Высш. школа, 1979 г.
Дулин В.Н. Электронные приборы. - М.: Энергия, 1977 г.
24