Монолитные интегральные схемы на основе арсенида галия и их роль в современной электронике

Введение 3
Интегральные схемы 4
Монолитные интегральные схемы на основе арсенида галлия 7
Общие принципы проектирования интегральных схем 8
Изготовление интегральных схем на основе арсенида галлия 10
Роль интегральных схем на основе арсенида галлия в современной электронике 14
Заключение 15
Литература 16

Интегральные схемы
Конструктивное устройство электронной техники, изготовленное в одном технологическом цикле, в котором элементы электрически связаны в функциональную схему, называется интегральной схемой (рис. 1). Такое устройство является элементной базой средств электронной техники, предназначенной для хранения и обработки информации, заданной в виде электрических сигналов. Элементы интегральных схем подразделяют на пассивные и активные. Трансформаторы, резисторы, конденсаторы и индуктивные катушки относятся к пассивным элементам, а транзисторы, диоды и тиристоры и др. относятся к активным элементам [1].

Рис. 1. Пример интегральной схемы
Интегральные схемы принято классифицировать по различным параметрам. Во-первых, по конструктивной технологии различают четыре группы интегральных микросхем:
– монолитные;
– пленочные;
– гибридные.
Монолитной интегральной схемой считается схема, элементы которой изготовлены в объеме и на поверхности полупроводниковой подложки.
...

Монолитные интегральные схемы на основе арсенида галлия
На сегодняшний день интегральные схемы на основе арсенида галлия являются наиболее быстродействующими среди твердотельных схем. К преимуществам использования арсенида галлия в качестве подложки интегральной схемы можно отнести высокую подвижность электронов, благодаря которой предел быстродействия возрастает в 5 раз в отличие от кремния. Кроме этого рассматриваемый полупроводник обладает широкой запрещенной зоной, довольно широким диапазоном рабочих температур, отличными оптическими характеристиками, а также низкой мощностью потребления [3].
Особенностью технологии изготовления монолитных интегральных схем на подложке из полуизолирующего арсенида галлия является изготовление активных и пассивных элементов. Наиболее часто для этой цели используются полевые транзисторы и диоды Шоттки (рис. 4).
...

Общие принципы проектирования интегральных схем
Перед созданием интегральных схем необходимо решить ряд задач, таких как выбор толщины подложки и ширины передающей линии, нахождение способа подвода напряжения и заземления, определение максимального размера кристалла и размеров активных элементов. Толщина пластины полупроводникового материала оказывает влияние на толщину подложки для передающих линий. Импеданс или полное сопротивление (рис. 5) передающих линий зависит от величины, равной отношению ширины линии к толщине подложки. Таким образом, для получения высоких значений импеданса, необходимы очень узкие линии. Например, ширина передающей линии, имеющей импеданс 100 Ом, реализованной на подложке из арсенида галлия толщиной 125 мкм, должна составлять 10 мкм [3]. 

Рис. 5. Графическое изображение импеданса

Потери в передающих линиях, изготовленных на подложках из арсенида галлия, определяются главным образом резистивными потерями в металлических линиях.
...

Изготовление интегральных схем на основе арсенида галлия
Технология изготовления интегральных схем, общая технологическая цепь которой приведена на схеме 1, в настоящее время получила широкое распространение.

Схема 1. Технологическая цепь изготовления интегральных схем

Как видно по схеме 1, технология изготовления интегральных схем начинается с выбора материала. В рассматриваемом случае выбирают подложку из полуизолирующего арсенида галия, которую получают легированием хрома или выращиванием заготовки с низким содержанием примесей. В последние годы чаще используют нелегированный арсенид галлия, так как содержание в нем примесей минимальное. Легирование исходного материала осуществляется методом ионной имплантации или методом эпитаксиального роста пленок. Предпочтительным является метод ионной имплантацией, так как при формировании слоя n-типа данный поцесс осуществляется несколько раз в технологическом цикле, а также осуществляется возможность изготовления резисторов.
...

Роль интегральных схем на основе арсенида галлия в современной электронике
В современной электронике интегральные схемы на основе арсенида галлия находят различное применение. Интегральные схемы на основе арсенида галлия применяются в создании высокоскоростных преобразователях (рис. 7), различных формирователях сигналов, приемников и передатчиков фазированных антенных решеток. Антенны такого типа применяются как в системах связи, так и в быстродействующих сканирующих радарных системах. Интегральные схемы используются для создания летательных аппаратов, а также широко применяются в системах обнаружения ракет и подводных лодок. Наиболее широкие перспективы использования интегральных схем имеются в сфере создания приема телевизионных программ со спутников.
...