RU2517788C1 - Bipolar shf transistor - Google Patents
Bipolar shf transistor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2517788C1 RU2517788C1 RU2012156265/28A RU2012156265A RU2517788C1 RU 2517788 C1 RU2517788 C1 RU 2517788C1 RU 2012156265/28 A RU2012156265/28 A RU 2012156265/28A RU 2012156265 A RU2012156265 A RU 2012156265A RU 2517788 C1 RU2517788 C1 RU 2517788C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- emitter
- base
- collector
- region adjacent
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники, а именно к конструкции биполярных транзисторов, которые могут быть использованы при создании СВЧ элементной базы, и способам их изготовления.The invention relates to the field of semiconductor microelectronics, in particular to the design of bipolar transistors that can be used to create a microwave element base, and methods for their manufacture.
Основными требованиями, предъявляемыми к СВЧ полупроводниковой электронике в настоящее время и в ближайшем будущем, являются увеличение уровня излучаемой СВЧ-мощности и увеличение функциональных возможностей при уменьшении габаритов и снижении потребляемой мощности.The main requirements for microwave semiconductor electronics now and in the near future are to increase the level of radiated microwave power and increase functionality while reducing the size and reducing power consumption.
Из уровня техники известен биполярный транзистор, который содержит эмиттер, базу, состоящую из сильнолегированной и слаболегированной областей, и коллектор, состоящий из сильно- и слаболегированной областей (см. патент Великобритании №1523012, опубл. 31.08.1978).In the prior art, a bipolar transistor is known which comprises an emitter, a base consisting of heavily doped and lightly doped regions, and a collector consisting of strongly and lightly doped regions (see UK Patent No. 1,523,012, publ. 08/31/1978).
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая мощность и отсутствие отвода тепла от активной области транзистора.A disadvantage of the known device is the insufficiently high power and the absence of heat removal from the active region of the transistor.
Кроме того, известно полупроводниковое устройство, содержащее по крайней мере три области полупроводника чередующегося типа проводимости, образующие два р-n-перехода. При этом первая область полупроводника выполнена из двух зон различной концентрации, образующих L-H-переход. Причем зона, прилегающая к р-n-переходу, имеет меньшую концентрацию примеси, чем вторая, и разность концентраций обеспечивает встроенное поле в первой области, уравновешивающее диффузионный ток неосновных носителей тока, инжектируемых в нее из первого р-n-перехода, а толщина первой области меньше диффузионной длины неосновных носителей в ней (см. А.с. СССР №640686, опубл. 30.12.1978).In addition, it is known a semiconductor device containing at least three regions of a semiconductor of alternating conductivity type, forming two pn junction. In this case, the first semiconductor region is made of two zones of different concentration, forming the L-H junction. Moreover, the zone adjacent to the pn junction has a lower impurity concentration than the second one, and the difference in concentrations provides an integrated field in the first region, balancing the diffusion current of minority carriers injected into it from the first pn junction, and the thickness of the first the region is shorter than the diffusion length of minority carriers in it (see A.S. USSR No. 640686, publ. 12/30/1978).
Недостатком такого устройства является также недостаточно высокая мощность транзистора.The disadvantage of this device is also not high enough power transistor.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.The objective of the present invention is to remedy the above disadvantages.
Технический результат изобретения заключается в повышении выходной СВЧ-мощности, уменьшении значений емкости эмиттера, сопротивления базы, емкости коллектор-база, граничных состояний гетеропереходов и в повышении значений эффективности эмиттера, предельной частоты, а также в обеспечении эффективного отвода тепла от активной области транзистора.The technical result of the invention is to increase the output microwave power, decrease the values of the emitter capacitance, the base resistance, collector-base capacitance, heterojunction boundary states and increase the emitter efficiency, the limiting frequency, and also ensure efficient heat removal from the active region of the transistor.
Технический результат обеспечивается тем, что биполярный транзистор СВЧ на основе гетероэпитаксиальных структур включает последовательно размещенные на подложке из монокристаллического кремния р-типа проводимости буферный слой из A1N, слой из поликристаллического алмаза, имеющий толщину, по меньшей мере, равную 0,1 мкм, нелегированный буферный слой из GaN, субколлекторный слой из GaN n+типа проводимости, коллектор из GaN n-типа проводимости, базу из твердого раствора AlуGa1-уN, промежуточный слой из AlyGa1-уN p+типа проводимости, эмиттер, включающий AlxGa1-xN n-типа проводимости, контактные слои, омические контакты и слои изолирующего диэлектрического покрытия из поликристаллического алмаза. Кроме того, составы слоев из AlxGa1-xN и AlyGa1-yN выполнены различающимися и с неодинаковой концентрацией легирующей примеси. При этом плавное изменение состава твердого раствора AlyGa1-yN вдоль базы и промежуточного слоя реализовано при значении у от 0,00 в области, прилегающей к коллектору, до значения у равное 0,12 в области, прилегающей к эмиттеру. Плавное изменение концентрации легирующей примеси вдоль базы и промежуточного слоя реализовано от значения 0,7·1019 см-3 в области, прилегающей к области коллектора, до значения 2·1019cм-3 в области, прилегающей к области эмиттера. Изменение состава твердого раствора AlxGa1-xN вдоль эмиттера, реализовано при значении х от 0,22 в области, прилегающей к области промежуточного слоя, до значения х равное 0,25 в области, прилегающей к области первого контактного слоя. Плавное изменение концентрации примеси вдоль эмиттера реализовано от значения 5·1017 см-3 в области, прилегающей к промежуточному слою, до значения 8·10 см-3 в области, прилегающей к области первого контактного слоя.The technical result is ensured by the fact that the bipolar microwave transistor based on heteroepitaxial structures includes a buffer layer of A1N sequentially placed on a substrate of p-type single crystal silicon, an A1N buffer layer, a polycrystalline diamond layer having a thickness of at least 0.1 μm, undoped buffer a layer of GaN, a sub-collector layer of GaN n + of the conductivity type, a collector of GaN of n-type conductivity, a base of an Al solid solution of Ga 1- N N, an intermediate layer of Al y Ga 1- type N p + conductivity, emitter, including second Al x Ga 1-x N n-conductivity type contact layers, ohmic contacts and covering the dielectric insulating layers of polycrystalline diamond. In addition, the compositions of the layers of Al x Ga 1-x N and Al y Ga 1-y N are made different and with a different concentration of the dopant. In this case, a smooth change in the composition of the Al y Ga 1-y N solid solution along the base and the intermediate layer was realized at a value of y from 0.00 in the region adjacent to the collector to a value of y equal to 0.12 in the region adjacent to the emitter. A smooth change in the concentration of the dopant along the base and the intermediate layer is realized from a value of 0.7 · 10 19 cm -3 in the region adjacent to the collector region to a value of 2 · 10 19 cm -3 in the region adjacent to the emitter region. The change in the composition of the Al x Ga 1-x N solid solution along the emitter is realized at a value of x from 0.22 in the region adjacent to the region of the intermediate layer to a value of x equal to 0.25 in the region adjacent to the region of the first contact layer. A smooth change in the impurity concentration along the emitter is realized from a value of 5 · 10 17 cm -3 in the region adjacent to the intermediate layer to a value of 8 · 10 cm -3 in the region adjacent to the region of the first contact layer.
Биполярный транзистор может содержать три слоя изолирующего диэлектрического покрытия из поликристаллического алмаза, размещенные между эмиттером базой и коллектором.The bipolar transistor may contain three layers of an insulating dielectric coating made of polycrystalline diamond, placed between the emitter base and the collector.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, где отображено устройство биполярного транзистора СВЧ и обозначены следующие конструктивные элементы:The essence of the present invention is illustrated in the drawing, which shows the device of the microwave bipolar transistor and the following structural elements are indicated:
1 - фланец марки МД-40;1 - MD-40 brand flange;
2 - слой припоя состава AuSn;2 - a layer of solder composition AuSn;
3 - пьедестал из теплопроводящего поликристаллического алмаза;3 - a pedestal of heat-conducting polycrystalline diamond;
4 - подслой из AuSn;4 - sublayer of AuSn;
5 - подложка из монокристаллического кремния р-типа проводимости;5 - substrate of single-crystal silicon p-type conductivity;
6 - буферный слой из A1N;6 - buffer layer of A1N;
7 - слой CVD поликристаллического алмаза;7 - CVD layer of polycrystalline diamond;
8 - нелегированный буферный слой GaN;8 - undoped GaN buffer layer;
9 - субколлекторный слой;9 - subcollector layer;
10 - высокоомный коллектор;10 - high resistance collector;
11 - база;11 - base;
12 - промежуточный слой;12 - an intermediate layer;
13 - первый слой широкозонного эмиттера;13 - the first layer of wide-band emitter;
14 - второй слой эмиттера;14 - the second layer of the emitter;
15 - контактный слой;15 - contact layer;
16 - контактный слой;16 - contact layer;
17 - контактный слой;17 - contact layer;
18 - контактный слой;18 - contact layer;
19 - омический контакт к коллектору;19 - ohmic contact to the collector;
20 - омический контакт к базе;20 - ohmic contact to the base;
21 - омический контакт к эмиттеру;21 - ohmic contact to the emitter;
22 - слой изолирующего диэлектрического покрытия из поликристаллического алмаза.22 - a layer of insulating dielectric coating of polycrystalline diamond.
Настоящее устройство производят следующим образом.The present device is manufactured as follows.
На фланце марки МД-40 1 толщиной 1600 мкм размещают слой припоя из AuSn 2, толщиной 25 мкм, на который запаивают пьедестал из теплопроводящего поликристаллического алмаза 3 толщиной 0,15 мм. Поверх пьедестала 3 размещают подслой AuSn 4 толщиной ~25 мкм, который в дальнейшем служит основой для укрепления кристалла транзистора к пьедесталу 3. В качестве базовой подложки 5 используют монокристаллический кремний р-типа проводимости, ориентированный по плоскости (111). На поверхности базовой подложки 5 с нанесенным на нее буферным слоем из A1N 6, толщиной 0,1 мкм, размещают теплопроводящий слой CVD поликристаллического алмаза 7 толщиной 0,1 мм. После этого базовую подложку 5 из кремния утоняют широко известными методами мокрого и сухого травления до толщины 10 мкм. Далее последовательно размещают многослойные гетероэпитаксиальные слои: буферный слой из нелегированного GaN 8, толщиной 200 нм, поверх буферного слоя наращивают субколлекторный слой 9 из GaN n+типа проводимости и толщиной 600 нм, легированный Si (для снижения сопротивления омического контакта коллектора), высокоомный коллектор 10 из GaN толщиной 700 нм, легированный Si (для снижения коллекторной емкости и исключения прокола базовой области). Поверх высокоомного коллектора 10 последовательно размещают слой тонкой базы 11 из AlyGa1-уN. Значение у в твердом растворе вдоль базы 11 изменяется: в области, прилегающей к коллектору 10, составляет 0,00 и увеличивается до 0,09 в области, прилегающей к области промежуточного слоя 12. Толщина базы составляет 80 нм. Промежуточный слой 12 выполняют из твердого раствора AlyGa1-yN р+типа проводимости. Значение у изменяется вдоль промежуточного слоя 12: в области, прилегающей к базе 11, соответствует величине 0,09, далее плавно увеличивается и достигает величины 0,12 в области, прилегающей к области эмиттера 13. Содержание легирующей примеси (например, магния) в области изменяется: в области базы 11, прилегающей к коллектору 10, составляет 0,7·1019 см-3 и плавно увеличивается до 2,0·1019cм-3 в области, прилегающей к области эмиттера 13 (первый слой эмиттера).On the flange of the brand MD-40 1 with a thickness of 1600 μm, a solder layer of AuSn 2, 25 μm thick, is placed on which a pedestal of heat-conducting
Далее размещают слои эмиттера 13 и 14, при этом первый слой выполнен из AlxGa1-xN n-типа проводимости. Значение х вдоль первого слоя 13 изменяется от 0,22 в области, прилегающей к промежуточному слою 12, до 0,24 в области, прилегающей ко второму слою эмиттера 14. Слой 13 выполняют толщиной 80 нм. Концентрация примеси изменяется от 5·1017 cм-3 в области, прилегающей к промежуточному слою 12, до 7·1017 см-3 в области, прилегающей ко второму слою эмиттера 14. Слой 13 легирован Si. Второй слой эмиттера 14 выполняют из AlxGa1-xN n-типа проводимости. Значение х вдоль второго слоя эмиттера 14 изменяется, а именно в области, прилегающей к первому слою эмиттера 13, составляет 0,24, и изменяется плавно до величины 0,25 в области, прилегающей к первому контактному слою 15. Концентрация примеси изменяется от 7·1017 см-3 в области, прилегающей к первому слою эмиттера 13, до величины 8·1017 см-3 в области, прилегающей к первому контактному слою 15. Слой 14 легирован Si.Next, the emitter layers 13 and 14 are placed, while the first layer is made of Al x Ga 1-x N n-type conductivity. The value of x along the first layer 13 varies from 0.22 in the region adjacent to the
При таком выполнении в области эмиттера 13, 14 также, как в области базы 11 и в области промежуточного слоя 12, возникают удвоенные ускоряющие дрейфовые поля для носителей. Это обусловлено изменением составов твердых растворов AlxGa1-xN, AlyGa1-yN и легирующих примесей. Далее осуществляют травление эмиттерной мезы, формирование контакта к базе 11, травление базовой мезы, изоляцию коллектора 10, осаждение коллекторной металлизации, формирование контактных слоев 15-18, осаждение первого слоя изолирующего поликристаллического алмаза 22, осаждение тонкослойного резистора, формирование контактных окон в изолирующем поликристаллическом алмазе, формирование разводки первого уровня, осаждение второго слоя изолирующего поликристаллического алмаза, травление окон в слое изолирующего поликристаллического алмаза и формирование второго уровня разводки, осаждение третьего слоя изолирующего поликристаллического алмаза и травление окон под контактные площадки, шлифовку и травление сквозных отверстий с обратной стороны, осаждение гальванического золото на обратную сторону.With this embodiment, in the region of the emitter 13, 14, as well as in the region of the
Контактный слой 15 выполняют из AlxGa1-xN n-типа проводимости. Значение х вдоль первого контактного слоя 15 в области, прилегающей ко второму слою эмиттера 14, составляет 0,25 и изменяется плавно до величины 0,05 в области, прилегающей ко второму контактному слою 16. Поверх первого контактного слоя 15 последовательно размещают контактный слой 16 GaN n+типа проводимости, контактный слой 17 из InyGa1-уN. Значение у уменьшается от 0,05 (в области, прилегающей к слою 15) до 0,5 (в области, прилегающей к слою 18). Контактный слой 18 выполняют из InуGa1-yN при у=0,5.The contact layer 15 is made of Al x Ga 1-x N n-type conductivity. The value of x along the first contact layer 15 in the region adjacent to the second layer of the emitter 14 is 0.25 and changes smoothly to a value of 0.05 in the region adjacent to the second contact layer 16. A GaN contact layer 16 is sequentially placed on top of the first contact layer 15 n + type conductivity, the contact layer 17 of In y Ga 1-y N. The value of y decreases from 0.05 (in the region adjacent to layer 15) to 0.5 (in the region adjacent to layer 18). The contact layer 18 is made of In at Ga 1-y N at y = 0.5.
Контактные слои 15-18 наращивают для уменьшения переходного сопротивления омического контакта эмиттера 13, 14. Омические контакты (19, 21) к коллектору и эмиттеру выполняются металлизацией из Ti/Al. Это наиболее распространенная система металлизации, на основе которой создаются омические контакты. При отжиге напыленной системы металлизации происходит взаимодействие Ti с N. В результате образуется TiN, формирующий основу контакта, А1 служит диффузионным барьером и стабилизирует контакт. Омический контакт к базе 20 осуществляют напылением и последующим вжиганием Ni. Слои 22 изолирующего поликристаллического алмаза с соответствующими металлизацией омических контактов размещают на поверхности кристалла транзистора, между эмиттером, базой и коллектором.The contact layers 15-18 are expanded to reduce the transition resistance of the ohmic contact of the emitter 13, 14. The ohmic contacts (19, 21) to the collector and emitter are made by metallization from Ti / Al. This is the most common metallization system on the basis of which ohmic contacts are created. During annealing of the sprayed metallization system, Ti interacts with N. As a result, TiN is formed, which forms the basis of the contact, A1 serves as a diffusion barrier and stabilizes the contact. The ohmic contact to the
Корпус транзистора представляет собой негерметичную металлокерамическую конструкцию. Основание изготовлено из МД-40 (для обеспечения, во-первых, наилучшего отвода тепла от кристалла транзистора, во-вторых, согласования ТКР металла и поликоровых плат) и покрыто золотом. В корпусе установлены поликоровые платы, между которыми расположены кристаллы ГБТ. Соединение контактных площадок кристалла с металлизацией плат осуществляется золотой проволокой методом термокомпрессии или ультразвука.The transistor case is an unpressurized cermet structure. The base is made of MD-40 (to ensure, firstly, the best heat dissipation from the transistor crystal, and secondly, matching the TCR of the metal and multicorrosive boards) and is coated with gold. Polycor core boards are installed in the case, between which there are GBT crystals. The connection of the contact pads of the crystal with the metallization of the boards is carried out by a gold wire by the method of thermal compression or ultrasound.
В настоящем устройстве существенно сокращается время пролета носителей, повышаются предельная частота, теплоотвод от активной области транзистора и эффективность эмиттера, уменьшается сопротивления базы и емкость эмиттера.This device significantly reduces the time of flight of carriers, increases the limiting frequency, heat dissipation from the active region of the transistor and emitter efficiency, decreases the base resistance and emitter capacitance.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012156265/28A RU2517788C1 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Bipolar shf transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012156265/28A RU2517788C1 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Bipolar shf transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2517788C1 true RU2517788C1 (en) | 2014-05-27 |
Family
ID=50779678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012156265/28A RU2517788C1 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Bipolar shf transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2517788C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU640686A3 (en) * | 1974-03-18 | 1978-12-30 | Сони Корпорейшн (Фирма) | Semiconductor device |
US5923058A (en) * | 1995-11-09 | 1999-07-13 | Northrop Grumman Corporation | Aluminum gallium nitride heterojunction bipolar transistor |
US6911716B2 (en) * | 2002-09-09 | 2005-06-28 | Lucent Technologies, Inc. | Bipolar transistors with vertical structures |
US7230285B2 (en) * | 2003-09-02 | 2007-06-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and hetero-junction bipolar transistor |
RU2316076C1 (en) * | 2006-11-14 | 2008-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Светлана-Рост" | Semiconductor heterostructure of field-effect transistor |
US7728359B2 (en) * | 2006-06-23 | 2010-06-01 | Panasonic Corporation | Nitride semiconductor based bipolar transistor and the method of manufacture thereof |
-
2012
- 2012-12-25 RU RU2012156265/28A patent/RU2517788C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU640686A3 (en) * | 1974-03-18 | 1978-12-30 | Сони Корпорейшн (Фирма) | Semiconductor device |
US5923058A (en) * | 1995-11-09 | 1999-07-13 | Northrop Grumman Corporation | Aluminum gallium nitride heterojunction bipolar transistor |
US6911716B2 (en) * | 2002-09-09 | 2005-06-28 | Lucent Technologies, Inc. | Bipolar transistors with vertical structures |
US7230285B2 (en) * | 2003-09-02 | 2007-06-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and hetero-junction bipolar transistor |
US7728359B2 (en) * | 2006-06-23 | 2010-06-01 | Panasonic Corporation | Nitride semiconductor based bipolar transistor and the method of manufacture thereof |
RU2316076C1 (en) * | 2006-11-14 | 2008-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Светлана-Рост" | Semiconductor heterostructure of field-effect transistor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN205542793U (en) | Cascade switch structure | |
US7816229B2 (en) | Semiconductor device with channel stop trench and method | |
CN103180957B (en) | There is the HEMT of the substrate area with ground connection that floats | |
CN104465748B (en) | A kind of enhanced HEMT device of GaN base and preparation method thereof | |
US20220149034A1 (en) | Microelectronic device and method for making the same | |
WO2014025722A2 (en) | Method and system for gallium nitride electronic devices using engineered substrates | |
US9576791B2 (en) | Semiconductor devices including semiconductor structures and methods of fabricating the same | |
US10608078B2 (en) | Bonded substrate for epitaxial growth and method of forming the same | |
CN111276533B (en) | Transistor structure with selective area groove grid GaN current aperture vertical structure and implementation method | |
RU2517788C1 (en) | Bipolar shf transistor | |
TW202025249A (en) | Semiconductor structure and manufacturing method therefor | |
CN113161238B (en) | Manufacturing process of gate-electrode sensitive trigger silicon controlled rectifier chip with high temperature characteristic | |
CN108054203A (en) | The heterojunction bipolar transistor and its manufacturing method of a kind of SiGe-on-insulator substrate | |
CN109390233A (en) | A kind of manufacturing method of channel schottky | |
RU2534442C1 (en) | Method for manufacture of powerful shf transistor | |
RU129299U1 (en) | POWERFUL MICROWAVE TRANSISTOR | |
CN107026196A (en) | The bipolarity junction transistor without trench isolations with expolasm device area | |
CN109148442B (en) | Voltage suppressor and preparation method thereof | |
TWI653666B (en) | Epitaxial bonding substrate and manufacturing method thereof | |
CN107134405B (en) | InP/InGaAs heterostructure based on deep energy level transient spectrum test and preparation method thereof | |
CN105870166B (en) | A kind of indium gallium phosphorus Heterojunction Bipolar Transistors and its manufacturing method | |
TW201041148A (en) | Schottky diode with improved high current behaviour and method for its production | |
JP2005026242A (en) | Semiconductor element and method of manufacturing the same | |
CN104835852A (en) | Diode | |
RU2507633C1 (en) | Bipolar transistor based on heteroepitaxial structures and method of its realisation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20150707 |