RU2581764C1 - Монолитная интегральная схема защитного устройства - Google Patents
Монолитная интегральная схема защитного устройства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2581764C1 RU2581764C1 RU2015100558/28A RU2015100558A RU2581764C1 RU 2581764 C1 RU2581764 C1 RU 2581764C1 RU 2015100558/28 A RU2015100558/28 A RU 2015100558/28A RU 2015100558 A RU2015100558 A RU 2015100558A RU 2581764 C1 RU2581764 C1 RU 2581764C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diodes
- layer
- type
- monolithic integrated
- conductivity
- Prior art date
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 title claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Изобретение относится к СВЧ монолитным интегральным схемам и предназначено, преимущественно, для защиты малошумящих усилителей на входе приемных устройств СВЧ аппаратуры. Технический результат, на который направлено изобретение, состоит в упрощении конфигурации исходной эпитаксиальной структуры, из которой изготавливают схему, снижении ее стоимости, а также упрощении технологии изготовления схемы. Отличительной особенностью монолитной интегральной схемы защитного устройства, содержащего на входе группу pin-диодов, соединенных через отрезок микрополосковой линии с группой диодов на выходе схемы, является то, что выходные диоды выполнены в виде диодов Мотта, активные области которых сформированы из части слоя i-типа проводимости исходной эпитаксиальной структуры, состоящей из следующей последовательности слоев: слоя р+-типа проводимости, слоя i-типа проводимости, либо ν-, либо π-типов, и слоя n+-типа проводимости, лежащего на полуизолирующей подложке. 1 ил.
Description
Изобретение относится к СВЧ монолитным интегральным схемам и предназначено, преимущественно, для защиты малошумящих усилителей на входе приемных устройств СВЧ аппаратуры.
Широко известны монолитные интегральные схемы защитных устройств (ограничителей СВЧ мощности) из арсенида галлия, использующие pin-диоды [1], [2]. Данные схемы характеризуются высокой стойкостью к воздействию непрерывной СВЧ мощности.
Известна, например, монолитная интегральная схема ограничителя СВЧ мощности TGL2201, разработанная фирмой TriQuint Semiconductor [3]. Известный аналог выполнен на полуизолирующей подложке из арсенида галлия и содержит два pin-диода на входе интегральной схемы и два pin-диода на выходе схемы. Входная пара диодов включена встречно-параллельно между микрополосковой линией и «землей», так же как и пара выходных диодов. Входные и выходные пары диодов соединены отрезком микрополосковой линии. В данной схеме pin-диоды выполнены в виде меза-структур на полуизолирующей подложке. Слой n+-типа проводимости в диодах сформирован непосредственно на полуизолирующей подложке, поверх которого создан слой i-типа (либо ν-, либо π-типа), на котором выращен слой р+-типа проводимости. К слоям n+- и р+-типов сформированы омические контакты.
Недостатком такой конструкции ограничителя является то, что уровень просачивающейся мощности в ней является сравнительно высоким (16-18 дБм), что ограничивает применение такого защитного устройства для целого ряда полевых гетеротранзисторов в малошумящих усилителях, работающих на предельно высоких частотах.
Этот недостаток устранен в монолитной интегральной схеме ограничителя СВЧ мощности, предложенной в Российском патенте RU 102846, где просачивающаяся мощность уменьшена в 4 раза [4]. Известная монолитная интегральная схема ограничителя СВЧ мощности, взятая за прототип изобретения, выполнена на полуизолирующей подложке и содержит группу входных pin-диодов, соединенных с группой диодов Шоттки на выходе схемы через отрезок микрополосковой линии. Диоды Шоттки выполнены на отдельных мезаструктурах, состоящих из следующей последовательности слоев: первого слоя n+-типа проводимости, лежащего на полуизолирующей подложке, слоя i-типа проводимости (либо ν-, либо π-типов), слоя р+-типа, поверх которого выращены второй слой n+-типа проводимости и слой n-типа проводимости, причем омические контакты к диодом Шоттки созданы ко второму слою n+-типа, а барьеры Шоттки к слою n-типа.
Недостатком данной монолитной интегральной схемы является необходимость использования сложной эпитаксиальной структуры, состоящей из пяти слоев, отличающихся типом проводимости, концентрацией носителей и толщиной, что обуславливает удорожание исходной полупроводниковой структуры по сравнению с обычной p+-i-n+ структурой. При использовании данной сложной эпитаксиальной структуры также заметно увеличивается общая толщина всех пяти слоев, что усложняет технологию изготовления интегральной схемы за счет существенного усложнения проведения процессов фотолитографии.
Технический результат, на который направлено заявляемое решение, состоит в устранении указанного недостатка.
Этот результат достигается тем, что в монолитной интегральной схеме, выполненной на полуизолирующей подложке и содержащей группу входных pin-диодов, соединенных через отрезок микрополосковой линии с группой выходных диодов, в отличие от прототипа, выходные диоды выполнены в виде диодов Мотта, активные области которых сформированы из части слоя i-типа проводимости исходной эпитаксиальной структуры, состоящей из следующей последовательности слоев: слоя n+-типа проводимости, лежащего на полуизолирующей подложке, слоя i-типа проводимости (либо ν-, либо π-типов) и слоя р+-типа проводимости.
На фиг. 1 схематично представлена одна из возможных конструкций предлагаемой схемы. Монолитная интегральная схема выполнена на полуизолирующей подложке 1 и содержит группу входных pin-диодов 2 и 3, соединенных с «землей» и включенных встречно-параллельно. Причем pin-диоды 2 и 3 состоят из следующей последовательности слоев: первого слоя n+-типа проводимости 4, лежащего на полуизолирующей подложке 1, слоя i-типа проводимости (либо ν-, либо π-типов) 5 и слоя р+-типа 6. Диоды 2 и 3 соединены с группой выходных диодов Мотта 7 и 8 отрезком микрополосковой линии 9. В отличие от прототипа группа выходных диодов 7 и 8 изготовлена на структурах состоящих из следующей последовательности слоев: слоя n+-типа проводимости 4, лежащего на полуизолирующей подложке 1, слоя i-типа проводимости 5 (либо ν-, либо π-типов), причем омические контакты 10 к этим диодом созданы к слоям n+-типа 4, а барьеры Шоттки 11 к слоям i-типа 5. В интегральной схеме также созданы входной 12 и выходной 13 конденсаторы.
Пример практического исполнения. Монолитная интегральная схема изготавливалась на структуре, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии. В качестве подложки 1 использовалась пластина полуизолирующего арсенида галлия. На подложке 1 были выращены слои в следующей последовательности: первый слой n+-типа проводимости 4 толщиной 1 мкм, слой i-типа 5 толщиной 1,5 мкм с концентрацией равновесных электронов n0=3·1014 см-3, слой р+-типа проводимости 6 толщиной 0,3 мкм. С использованием стандартных приемов, включающих методы фотолитографии, мезатравления и методы напыления пленок металлов создавались входные pin-диоды 2 и 3 и выходные диоды 7 и 8. Причем для реализации диодов Мотта 7 и 8 на структуре с использованием процессов фотолитографии и химического травления удаляли слой р+-типа проводимости и утоняли слой i-типа проводимости до толщины 0,3 мкм. Затем на поверхности утоненного i-слоя формировали контакты с барьером Шоттки 11. Входные диоды соединялись между собой проводниками, висящими в воздухе в виде мостиков. Отрезок микрополосковой линии 9 из золота выполнялся непосредственно на полуизолирующей подложке.
Работа схемы осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии на вход схемы подают СВЧ сигнал. При амплитуде входного сигнала меньшей, чем напряжение открытия pin-диодов (1 В) 2, 3 и диодов Мотта (0,5 В) 7, 8, все диоды остаются запертыми, и входной сигнал поступает на выход практически без потерь. При амплитуде входного сигнала большей, чем напряжение открытия диодов, сигнал поступает на выход с большим ослаблением. Вследствие того что напряжение открытия диодов Мотта такое же, как и у обычных диодов Шоттки в прототипе, предложенная схема характеризуется такой же мощностью просачивания, как и известная конструкция. Но при этом для реализации монолитной интегральной схемы использована более простая эпитаксиальная структура, содержащая всего три слоя разных типов проводимости. Общая толщина слоев в предложенной конструкции составила 2,8 мкм, что в 1,5 раза меньше, чем в прототипе. Это позволило существенно упростить технологию изготовления схемы и уменьшить ее стоимость за счет 40% снижения стоимости эпитаксиальных структур.
Таким образом, использование структур с предложенной последовательностью слоев, что стало возможным при введении в схему диодов Мотта, позволило реализовать монолитную интегральную схему с низкой мощностью просачивания, но при использовании более простой и более дешевой эпитаксиальной структуры с одновременным упрощением технологии изготовления монолитной интегральной схемы.
Источники информации
1. J.V. Bellantoni, D.C. Bartele, D. Payne and et. al. Monolithic GaAs p-i-n Diode Switch Circuits for High-Power Millimeter-Wave Applications // IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 31. NO. 12. DECEMBER 1989, pp. 2162-2165.
2. D.G. Smith, D.D. Heston, J. Heston, B. Heimer, K. Decker. Designing reliable high-power limiter circuits with LIMITER GaAs PIN diodes // 2002 IEEE MTT-S Digest, pp. 1245-1247.
3. TriQuint Semiconductor, (2003), Wideband Dual Stage VPIN Limiter TGL2201-EPU, TriQuint Semiconductor Texas (USA). URL: www.triquint.com.
4. Г.И. Айзенштат, E.A. Монастырев, А.Ю. Ющенко // Ограничитель СВЧ мощности. Патент РФ RU 102846.
Claims (1)
- Монолитная интегральная схема защитного устройства на полуизолирующей подложке, содержащая на входе группу pin-диодов, соединенных через отрезок микрополосковой линии с группой диодов на выходе схемы, отличающаяся тем, что выходные диоды выполнены в виде диодов Мотта, активные области которых сформированы из части слоя i-типа проводимости исходной эпитаксиальной структуры, состоящей из следующей последовательности слоев: слоя p+-типа проводимости, слоя i-типа проводимости (либо ν-, либо π-типов) и слоя n+-типа проводимости, лежащего на полуизолирующей подложке.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100558/28A RU2581764C1 (ru) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Монолитная интегральная схема защитного устройства |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100558/28A RU2581764C1 (ru) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Монолитная интегральная схема защитного устройства |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2581764C1 true RU2581764C1 (ru) | 2016-04-20 |
Family
ID=56194982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015100558/28A RU2581764C1 (ru) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Монолитная интегральная схема защитного устройства |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2581764C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753960A (en) * | 1995-08-19 | 1998-05-19 | Daimler Benz Ag | Circuit with monolitically integrated p-i-n/Schottky diode arrangement |
| RU94765U1 (ru) * | 2010-02-09 | 2010-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Ограничитель свч мощности |
| RU102846U1 (ru) * | 2010-10-25 | 2011-03-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Ограничитель свч мощности |
| US8124489B2 (en) * | 2009-12-11 | 2012-02-28 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Monolithic microwave integrated circuit device and method of forming the same |
| RU124050U1 (ru) * | 2012-09-11 | 2013-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Сложнофункциональная свч монолитная интегральная схема |
-
2015
- 2015-01-12 RU RU2015100558/28A patent/RU2581764C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753960A (en) * | 1995-08-19 | 1998-05-19 | Daimler Benz Ag | Circuit with monolitically integrated p-i-n/Schottky diode arrangement |
| US8124489B2 (en) * | 2009-12-11 | 2012-02-28 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Monolithic microwave integrated circuit device and method of forming the same |
| RU94765U1 (ru) * | 2010-02-09 | 2010-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Ограничитель свч мощности |
| RU102846U1 (ru) * | 2010-10-25 | 2011-03-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Ограничитель свч мощности |
| RU124050U1 (ru) * | 2012-09-11 | 2013-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Сложнофункциональная свч монолитная интегральная схема |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6465289B1 (en) | Method of fabricating monolithic multifunction integrated circuit devices | |
| TWI518866B (zh) | 靜電放電分流電路 | |
| Boles et al. | AlGaAs PIN diode multi-octave, mmW switches | |
| Howell et al. | Low loss, high performance 1-18 GHz SPDT based on the novel super-lattice castellated field effect transistor (SLCFET) | |
| US20050006729A1 (en) | Method of making heterojunction P-I-N diode | |
| Kobayashi et al. | Monolithic GaAs HBT pin diode variable gain amplifiers, attenuators, and switches | |
| RU102846U1 (ru) | Ограничитель свч мощности | |
| RU94765U1 (ru) | Ограничитель свч мощности | |
| RU2581764C1 (ru) | Монолитная интегральная схема защитного устройства | |
| CN104851880A (zh) | 基于iii族氮化物的esd保护器件 | |
| Jin et al. | E-beam fabricated GaN Schottky diode: high-frequency and non-linear properties | |
| Bar‐Chaim et al. | High‐speed GaAlAs/GaAs p‐i‐n photodiode on a semi‐insulating GaAs substrate | |
| US10833071B2 (en) | Dual-series varactor EPI | |
| US20230402549A1 (en) | Monolithic pin and schottky diode integrated circuits | |
| RU2515181C1 (ru) | Сверхширокополосный ограничитель свч-мощности | |
| Paek et al. | 1-26 GHz high power pin diode switch | |
| Amado-Rey et al. | A 280 GHz stacked-FET power amplifier cell using 50 nm metamorphic HEMT technology | |
| Leong et al. | Progress in InP HEMT submillimeter wave circuits and packaging | |
| Lee et al. | The fabrication and performance of planar doped barrier diodes as 200 GHz subharmonically pumped mixers | |
| Kaneko et al. | Microwave switch: LAMPS (light-activated microwave photoconductive switch) | |
| Malko et al. | Integrated III–V Heterostructure Barrier Varactor frequency tripler on a silicon substrate | |
| RU2456705C1 (ru) | Ограничитель свч мощности | |
| Coleman et al. | GaAs Schottky diodes with near-ideal characteristics | |
| Hur et al. | High gain AlInAs/GaInAs/InP HEMT's with individually grounded source finger vias | |
| Volkov et al. | Design and technology of monolithic GaAs pin diode limiters for the millimeter wavelength range |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210113 |