Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР ШОТТКИ
ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР ШОТТКИ

ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР ШОТТКИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Применение: относится к микроэлектронике и может быть использовано для изготовления полевых транзисторов Шоттки. Сущность: полевой транзистор Шоттки, у которого исток, сток и электрод затвора выполнены на δ-легированной структуре, включающей полуизолированную подложку из арсенида галлия и d-легированный слой n - типа проводимости, отделенный от подложки и свободной поверхности слоями арсенида галлия. Между электродом затвора и d-легированным слоем расположен слой арсенида галлия p - типа проводимости, легированный до вырождения и имеющий общую границу с электродом затвора. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2025831
Класс(ы) патента: H01L29/06
Номер заявки: 4934493/25
Дата подачи заявки: 08.05.1991
Дата публикации: 30.12.1994
Заявитель(и): Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина; Научно-исследовательский институт материаловедения им.А.Ю.Малинина
Автор(ы): Гергель В.А.; Ильичев Э.А.; Онищенко В.А.; Полторацкий Э.А.; Родионов А.В.; Тарнавский С.П.; Федоренко А.В.
Патентообладатель(и): Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина
Описание изобретения: Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для изготовления полевых транзисторов Шоттки с повышенной крутизной и рабочей частотой.
Известен полевой транзистор Шоттки (ПТШ), у которого сток, исток и электрод затвора выполнены на структурах с однородным легированием. Однако предельная собственная крутизна короткоканальных ПТШ на таких структурах не превышает 200 мА/В мм, что ограничивает рабочие частоты ПТШ и ИС на их основе.
Известен ПТШ (δ -ПТШ), у которого сток, исток и электрод затвора выполнены на δ -легированной структуре, включающей полуизолирующую подложку арсенида галлия и σ -легированный слой, отделенный от подложки и свободной поверхности буферными слоями нелегированного арсенида галлия. Оценки показывают, что в таких транзисторах значительного увеличения собственной крутизны следует ожидать ≈500 мА/В мм при расстояниях от электрода затвора до канала менее 300 .
Однако в реальных δ -ПТШ собственная крутизна лишь незначительно (30-50%) превышает соответствующие значения ПТШ на однороднолегированных структурах, что примерно в три раза меньше расчетных значений. Причины столь значительного расхождения расчетных и реальных значений крутизны для δ -ПТШ не известны.
Проведенные нами исследования малосигнальных С-Y и G-Y характеристик, а также частотной зависимости крутизны в малосигнальном режиме и I-V характеристик затворов в режиме постоянных обратных смещений показали, что резкое несоответствие величины расчетной и реальных значений собственной крутизны в δ -ПТШ является следствием присутствия в приповерхностном слое структуры глубоких ловушек. Их существование в условиях интенсивной туннельной эмиссии носителей через барьер из-за малых расстояний до электрода затвора и больших концентраций центров (соответственно 50-150 и ≈ 5 ˙1018см-3приводит к сильной частотной дисперсии емкости, проводимости и полной крутизны в малосигнальных режимах и к значительному уменьшению полной крутизны при работе в цифровом режиме (в режиме больших амплитуд). Из ВФХ и I-V характеристик несложно оценить, что обсуждаемые ловушки расположены в приповерхностном слое структуры на глубинах 50-150 .
В профильных исследованиях элементного состава в приповерхностных слоях до глубин ≈ 200 регистрируются нарушения стехиометричности состава (вакансии по мышьяку и избыток кислорода), а исследования зависимости подвижности в структурах при различных расстояниях от электрода до δ-слоя указывают на резкое уменьшение подвижности при приближении δ-слоя к поверхности уже на расстояниях меньше ≈400 . Все это позволяет утверждать, что причина резкого ограничения крутизны в реальных δ -ПТШ (S≈ 120-140 мА/В˙ мм; Sm≈ 250 мА/В ˙мм, при расчетных значениях Sm ≈ 450 мА/В ˙мм) связана с присутствием ловушечных центров в приповерхностных слоях структуры. Они же являются причиной частотных дисперсий емкости, проводимости и крутизны в малосигнальных режимах и причиной ограничения крутизны на столь низком уровне значений в цифровом режиме, т.е. соответствующая конструкция δ-ПТШ не может реализовать потенциальные возможности в повышении крутизны в δ-ПТШ.
Целью изобретения является повышение крутизны δ-ПТШ.
Цель достигается тем, что в ПТШ, у которого исток, сток и затвор выполнены на структуре, включающей полуизолирующую подложку и δ-легированный слой, отделенный от подложки и свободной поверхности слоями арсенида галлия, между электродом затвора и δ-легированным слоем располагают слой арсенида галлия р-типа проводимости, легированный до вырождения и имеющий общую границу с электродом затвора. При этом уровень легирования, Рр р-слоя выбирают таким, чтобы Pp , а толщина dр р-слоя превышала значение dp , где ε - диэлектрическая проницаемость полупроводника;
m* - эффективная масса электрона;
ϕк - контактная разность потенциалов;
h - постоянная Планка;
q - элементарный заряд.
Положительный эффект достигается тем, что область с нестехиометрией (область локализации ловушек) располагают в сильно вырожденном полупроводнике р-типа, так что при приложении внешнего поля к электроду затвора область сканирования ОПЗ со стороны металла в р-слое не превышает толщины туннельной прозрачности для электронов металла, в силу чего ловушки приповерхностной области заполнены.
Действительно, туннельно прозрачную толщину приповерхностного слоя можно определить из выражения для коэффициента прозрачности D треугольного барьера ≅ 10-2, ΔE = D = Do·exp- ,где Е - энергия электрона;
Еm - максимальное значение энергии барьера металл-полупроводник;
bo - толщина барьера на уровне Ферми в металле;
F - энергия Ферми. Барьер туннельно прозрачен, если ≅ 1. Так как ϕк ≈ 0,8 эВ, то в предположении, что туннеллируют электроны с уровня Ферми (большие отрицательные смещения), имеем: boh·(ϕk·q·2m*)-1/2. В этом случае необходимая концентрация легирующей примеси определяется как Дебаевская длина экранирования и равна Pp.
С учетом того, что обеднение р-слоя со стороны n-слоя не будет превышать определенного выше значения bo, толщина (приемлемая) р-слоя dp равна: dp ≥ 2·bok·q·2*m)-1/2.. В частности, для ϕк ≈ 0,8 эВ, ε =11 (барьер на GaAs) имеем: bo ≈ 50 ; dp ≈ 100 ; Рр ≈ 1019см-3. Толщина буферного слоя, расположенного между δ-слоем и р-слоем, выбирается традиционно из расчета требуемых значений пороговых напряжений при заданном заряде в δ -легированном слое канала ПТШ (заданном токе насыщения ПТШ).
На чертеже изображена предлагаемая конструкция транзистора.
Транзистор состоит из полуизолирующей подложки 1 и последовательно расположенных на ней слоев: буферного нелегированного слоя 2 арсенида галлия толщиной 0,7 мкм с концентрацией фоновой примеси ≈ 1015см-3; δ-слой 3 с концентрацией доноров 2,5˙ 1012см-2; слой 4 арсенида галлия толщиной 500 с концентрацией доноров 1017см-3; слой 5 р-типа проводимости с концентрацией акцепторов (дырок 1019см-3 толщиной 500 , а также из областей истока 6, стока 7 и электрода 8 затвора. При этом электрод затвора имеет общую границу с р-слоем, а области истока и стока выполнены в виде контактов с омическими характеристиками к части структуры с n-типом проводимости, для чего слой р-типа проводимости удален.
Технические преимущества заявляемой конструкции по сравнению с прототипом заключаются в расширении рабочей полосы частот как за счет повышения крутизны ПТШ fm = , где Sm - собственная крутизна;
Свх - входная емкость, так и за счет улучшения переключательных характеристик ключей на ПТШ и ИС (повышенные токи насыщения канала и крутизна).
Формула изобретения: ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР ШОТТКИ, у которого исток, сток и электрод затвора выполнены на δ-легированной структуре, включающей полуизолирующую подложку из арсенида галлия и δ-легированный слой n-типа проводимости, отделенный от подложки и свободной поверхности слоями арсенида геллия, отличающийся тем, что, с целью увеличения крутизны транзистора, между электродом затвора и δ-легированным слоем расположен слой p-типа проводимости, легированный до вырождения, при этом концентрация акцепторов в p-слое определеяется выражением
Pp · ,
а его толщина
dp · (ϕk·q·2*m)-1/2,
где ε - диэлектрическая проницаемость полупроводника;
m* - эффективная масса электрона;
ϕк - контактная разность потенциалов;
- постоянная Планка;
q - электрический заряд.