Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
ние нагрузки изменялось постепенно при помощи импедансного трансформатора
Z. При максимальной выходной мощности шумовое отношение относительно
мало. Шумовое отношение можно уменьшить за счет небольшого понижения
уровня выходной мощности. Еще раз отметим, что при заданном уровне
мощности (например, 1 Вт или 30 дБ) шум ЛПД из арсенида галлия
приблизительно на 10 дБ меньше шума кремниевого ЛПД.
10.6. КОНСТРУКЦИЯ ПРИБОРА И ХАРАКТЕРИСТИКИ
10.6.1. Изготовление диода
Основываясь на соображениях, изложенных в разд. 10,4, можно сделать
вывод, что лавинно-пролетные диоды обычно конструируются так, чтобы
выходная мощность и к. п. д. были максимальны. На рис. 26 показаны
некоторые типичные структуры мощных ЛПД.
Диодная структура, изображенная на рис. 26, а, получена с помощью двойной
эпитаксии или диффузии в эпитаксиальный слой 154] Для снижения
последовательного сопротивления используют п+ -подложку. Толщину
эпитаксиального слоя следует контролировать, чтобы при пробое
отсутствовала область несмы-кания. При работе на высоких частотах даже
подложка я+-типа должна быть достаточно тонкой (порядка нескольких
микромет-
192
Глава 10
ров), чтобы снизить потери и влияние неоднородностей из-за скин-эффекта.
На рис. 26, б показан ЛПД с барьером Шоттки, который представляет собой
выпрямляющий контакт металл-полупроводник (гл. б) 155-57]. Несмотря на то
что распределения электрического поля в структурах, показанных на рис.
26, а и б, идентичны, диод с барьером Шоттки обладает рядом преимуществ.
Во-первых, напряженность электрического поля максимальна на
металлургической границе раздела, и поэтому выделяющееся тепло легко
отводится через металлический контакт. Диод может быть изготовлен в форме
усеченного конуса (рис. 26, б) с целью снижения влияния краевых эффектов,
связанных с большой напряженностью электрического поля, и получения
однородной области лавинного пробоя. Во-вторых, диод с барьером Шоттки
можно создать при относительно низких температурах, при которых не
происходит нарушения высококачественной структуры эпитаксиального слоя.
Однако такие диоды обладают существенным недостатком. Дело в том, что в
присутствии электронов и дырок высоких энергий атомы полупроводника могут
химически воздействовать на металл, что приводит к ухудшению
характеристик контакта.
Барьер Шоттки можно также использовать в модифицированном диоде Рида,
если вместо /?+-слоя нанести металлический контакт (рис. 26, в).
Поскольку в барьерах Шоттки главную роль играют основные носители, эффект
накопления неосновных носителей [58], который имеет место в обычных
структурах Рида, здесь несуществен, а к. п. д. может быть даже выше.
Омический контакт Омический
/
контакт
Эпитаксиаль- Зпитакси-
L-' ~...
Омическии контакт
и.
ныйл-слсй n-h~,г/тт^Гa/!bHbLu , " Ц ' слои
Диффузный ?там
5
•Hr......^
Металл
6
Рис. 26. Структуры некоторых ЛПД.
а - диод, созданный с помощью диффузии или двойной эпитаксии; б д - диод
с двухслойной базой; г -" лиол о двумя областями доей(Ы мощью иоиной
имплантации.
и*/1и доилпип j" II и I anv.nn, -¦ барьер Шоттки; диод о двумя областями
дрейфа, созданный с по-
Лавинно-пролетные диоды
193
Крышка
СВарное или паяное соединение
Выводной контакт из золотой ленты
Металлические
кольца
Передернутый ь аиод
герметический спай
ВЧ-керамика из окиси алюминия
Металлиэиро -Ванная керамика
Металлическая лента
Металлическое основание
Гальванически золоченое медное основание
Перевернутый диод
f
Рис. 27. Два СВЧ-корпуса с помещенными в них ЛПД.
Используя модифицированные структуры Рида, можно получить значительно
большие к. п. д. по сравнению с обычными диодами с постоянным профилем
примеси. Однако при изготовлении модифицированных диодов Рида требуется
более строгий контроль профиля примеси, чтобы получить прибор с
определенной частотной характеристикой. Метод самоограниченного анодного
травления используется для уменьшения толщины высоколегированного слоя (в
диоде с двухслойной базой) и низколегированного слоя (в диоде с
трехслойной базой) с целью получения определенного напряжения пробоя (т.
е. рабочей частоты) [59]. В большинстве барьеров Шоттки на GaAs высота
барьера большая, а обратный ток насыщения мал. Однако платина реагирует с
ар-сенидом галлия при рабочих температурах, образуя PtAs2 и вызывая
смещение поверхности барьера. Это "въедание" платины в арсенид галлия
изменяет напряжение пробоя и приводит к деградации прибора. Эффект можно
контролировать, если нанести на подложку слой платины толщиной 200-500 А
с последующим
194
Глава 10
нанесением слоя ртути или тантала для ограничения реакции платины с
ареенндом галлия [60, 61 1.
На рис. 26, г показана структура диода, созданного с помощью метода
ионной имплантации [62]. В случае бора или фосфора, которые наиболее
часто используются при легировании полупроводников, глубина проникновения
ионов составляет 0,5 мкм/100 кэВ. Поэтому слой шириной 1 мкм можно легко
