НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ
РЕНГЕВИЧ Олексій Євгенович
УДК 621.328.2
Вплив -радіації і НВЧ випромінювання на параметри
GaAs польових транзисторів з бар'єром ШОТТКІ
05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2001
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників Національної Академії наук України
Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор
Конакова Раїса Василівна,
Інститут фізики напівпровідників НАН України,
провідний науковий співробітник
Офіційні опоненти: | член-кор. НАН України, доктор фіз.-мат. наук, професор
Лисенко Володимир Сергійович,
Інститут фізики напівпровідників НАН України,
завідуючий відділом
кандидат фізико-математичних наук,
Семашко Олена Мечиславівна,
ВАТ "НВП "Сатурн",
старший науковий співробітник
Провідна установа: |
Науково-виробниче об'єднання "Карат" Міністерства промислової політики України, м. Львів
Захист відбудеться 27 квітня 2001 р. о 1615 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К .199.01 в Інституті фізики напівпровідників НАН України за адресою: 03028, Київ - 28, проспект Науки, 45
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституті фізики напівпровідників НАН України (03028, Київ - 28, проспект Науки, 45).
Автореферат розісланий "26" березня 2001 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,
кандидат фізико-математичних наук Охріменко О.Б.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Радіаційно-технологічні процеси (РТП) успішно використовуються в сучасній технології напівпровідникових приладів. Вони застосовуються, як правило, на заключних стадіях виготовлення, після операції складання в корпус. Найбільш вивченими є РТП, розроблені для керування параметрами кремнієвих інтегральних схем і дискретних приладів [1,2]. Відомий також досвід застосування РТП у технології виробництва арсенідгалієвих НВЧ діодів [3].
Незважаючи на великий обсяг інформації про радіаційні ефекти в арсеніді галію та напівпровідникових приладах на його основі, а також численні дані про радіаційну стійкість таких об'єктів, дані щодо впливу радіації та НВЧ випромінювання на електричні характеристики НВЧ польових транзисторів із бар'єром Шотткі (ПТШ) є дуже обмеженими. Крім того, вивчення впливу радіації на параметри польових НВЧ транзисторів зводилося, в основному, до дослідження деградаційних процесів, тобто розглядався, переважно, вплив великих доз радіації. Тому довгий час можливість застосування малодозових радіаційних обробок для керування параметрами польових НВЧ транзисторів на GaAs не розглядалась. У зв'язку з цим маловивченими залишались і причини, що викликають зміну параметрів арсенідгалієвих ПТШ. З даної тематики існують лише окремі публікації, що почасти мають суперечливий характер [4-9].
НВЧ польові транзистори з бар'єром Шотткі на основі арсеніду галію знаходять широке застосування в різноманітних пристроях і системах ядерної енергетики, зв'язку, апаратурі військового та космічного призначення. Якість і надійність такої апаратури визначаються стійкістю елементної бази (зокрема, арсенідгалієвих ПТШ) до різних технологічних і зовнішніх впливів. Частина таких впливів добре вивчена й успішно застосовується при створенні напівпровідникових приладів [6,10]. У той же час інші впливи, такі як потужні електромагнітні поля, імпульсні та безперервні НВЧ випромінювання, ще й досі лишаються маловивченою галуззю фізико-технологічних досліджень, пов'язаною лише з використанням НВЧ відпалу кремнієвих іонно-легованих структур. Наявні літературні дані, в основному, присвячені проблемі, пов'язаній з руйнуючим впливом на елементну базу НВЧ енергії високої потужності [11-13]. Інтерес до цієї проблеми викликаний розвитком нового напрямку в радіоелектронній протидії з використанням надпотужних (1-10 ГВт) випромінювачів НВЧ енергії [11]. Крім впливу НВЧ енергії систем радіоелектронної протидії, існують також інші джерела НВЧ випромінювання, наприклад, вихідні каскади систем зв'язку, радіолокаційних станцій тощо, потужності яких є достатніми для зміни параметрів активної елементної бази. У зв'язку з цим актуальним є дослідження процесів, пов'язаних зі зміною параметрів ПТШ під впливом малих доз -радіації та НВЧ поля із невисокою густиною (порядку одиниць - десятків ватів на квадратний сантиметр).
Зв’язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконувалася в рамках таких тем:
1. “Дослідження та моделювання нерівноважних електронних процесів, масопереносу та стимульованих структурно-фазових перетворень на поверхні напівпровідника та шаруватих структур і розробка на їх основі нових приладів і технологій”, 1995-1999 рр. (Постанова Бюро ВФА НАН України № 9 від 20.12.1994 р., номер держреєстрації 0195U008108).
2. “Дослідження межі поділу гетерогенних структур на основі А3В5 та їх модифікації під дією електромагнітного (зокрема надвисокочастотного) випромінювання”, 1995-1999 рр. (Постанова Бюро ВФА НАН України № 9 від 20.12.1994 р., номер держреєстрації 0195U010990).
3. “Розробка та дослідження радіаційно- і термостійких контактів для надвисокочастотних напівпровідникових приладів”, 1997-1999рр. (проект № Українського науково-технологічного центру).
4. “Розробка фізичних методів керування електронною структурою надтонких шарів напівпровідникових матеріалів з метою створення НВЧ надчутливих арсенідгалієвих приладів”, 1999-2000рр. (Постанова міністерства України у справах науки та технологій № 70а від 12.03.1999 р., номер держреєстрації 0199U003070).
Мета роботи полягала у вивченні впливу малих доз -радіації та НВЧ випромінювання на параметри ПТШ і визначенні можливості керування параметрами НВЧ польових транзисторів із бар'єром Шотткі.
Для досягнення поставленої мети було необхідно:
1.
Створити автоматизований стенд контролю параметрів НВЧ польових транзисторів із бар'єром Шотткі.
2.
Вивчити фізичні процеси, що відбуваються в арсенідгалієвих ПТШ із затвором Шотткі під впливом малих доз -радіації Со60 і НВЧ випромінювання.
3.
Визначити причини зміни параметрів ПТШ і можливість керування ними при малодозових впливах електромагнітних випромінювань.
Об'єктом дослідження є процес зміни параметрів ПТШ під впливом -радіації Со60 і НВЧ випромінювання. Предметом дослідження були обрані малошумливі арсенідгалієві НВЧ польові транзистори з бар'єром Шотткі, а також транзистори з високою рухливістю електронів (НЕМТ - high electron mobility transistors). Досліджувалися корпусовані транзистори та транзистори на пластині, а також тестові структури омічних і бар'єрних контактів.
У роботі використані такі методи дослідження: метод вольт-амперних характеристик (ВАХ), що дозволяє одержати основні низькочастотні параметри транзисторів (крутизну ВАХ, струм насичення, напругу відсічки); температурні виміри ВАХ у діапазоні 77-400 К, що дозволяють судити про механізм струмопроходження в бар'єрі; метод електронної Оже-спектроскопії для визначення профілю розподілу компонентів в омічних і бар'єрних контактах; методи атомно-силової та електронної мікроскопії для аналізу морфології поверхні; метод рентгенівської топографії та стріли прогину для дослідження радіуса кривини та рівня деформацій, викликаних пружним вигином тестових структур; метод електровідбивання для дослідження структурно-домішкового упорядкування в приконтактній області арсеніду галію.
Наукова новизна.
-
Показано, що поліпшення параметрів арсенідгалієвих ПТШ із затвором Шотткі після опромінення -квантами Со60 у діапазоні доз 106 107 Р зумовлено радіаційно-стимульованою релаксацією внутрішніх механічних напружень і упорядкуванням, унаслідок цього, дефектної структури в приконтактних шарах під затвором Шотткі й омічних контактів;
-
виявлена немонотонна залежність зміни крутизни та струму насичення ПТШ при НВЧ опроміненні частотою 2,45 ГГц, питомою потужністю 1,5 Вт/см2 протягом 1-300 с, обумовлена релаксацією внутрішніх механічних напружень;
-
встановлено поліпшення низькочастотних параметрів ПТШ після НВЧ опромінення частотою 2,45 ГГц, питомою потужністю 1,5 Вт/см2 протягом 100-160 с, пов'язане зі стимульованою НВЧ випромінюванням релаксацією внутрішніх механічних напружень, що супроводжується структурно-домішковим упорядкуванням у приконтактному шарі під затвором Шотткі;
-
опромінювання -квантами Со60 арсенідгалієвих ПТШ і транзисторних структур на пластині в діапазоні доз 106 107 Р дозволяє знизити коефіцієнт шуму, збільшити коефіцієнт підсилення та крутизну ВАХ, отримати більш однорідний розподіл параметрів по пластині, не знижуючи при цьому радіаційну стійкість приладів.
Практична цінність:
1.
Встановлено взаємозв'язок між змінами параметрів під впливом -радіації та процесами, що відбуваються в омічних і бар'єрних контактах.
2.
Експериментально визначено діапазон доз -радіації Со60, в якому можливе поліпшення параметрів ПТШ.
3.
Результати проведених досліджень дозволяють оптимізувати технологію виробництва ПТШ.
4.
Розроблено автоматизований стенд контролю параметрів НВЧ польових транзисторів, який дозволяє вимірювати статичні характеристики як корпусованих приладів, так і транзисторів на пластині, а також параметри тестових структур у діапазоні температур 77 К.
Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися на: міжнародній конференції “Современные проблемы физики полупроводников” (Нукус, Узбекистан, 1997); 7ій, 8ій, 9ій, 10ій Міжнародних Кримських конференціях “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии” (Севастополь, Україна, 1997, 1998, 1999, 2000); XX and XXI International Semiconductor Conferences (Sinaia, Romania, 1998, 1999); 5ій Всеросійської науковій конференції з міжнародною участю “Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники” (Дивноморське, Росія, 1998); VII International Conference on Physics and Technology of Thin Films (Ivano-Frankivsk, Ukraine, 1999); III Міжнародній конференції “Взаимодействие излучений с твердым телом” (Мінськ, Бєларусь, 1999); 7ій Російській конференції “Арсенид галлия” “GaAs-99” (Томськ, Росія, 1999); XIV Міжнародній конференції з фізики радіаційних явищ і радіаційного матеріалознавства (Алушта, Україна, 2000).
Основні результати, викладені в дисертації, опубліковані у 18 роботах, список яких наведений наприкінці автореферату.
Особистий науковий внесок дисертанта в роботах, опублікованих у співавторстві, складається в проведенні електрофізичних вимірів і обробці експериментальних результатів, участі у створенні програмного й апаратного забезпечення автоматизованого стенда контролю параметрів НВЧ польових транзисторів. Дисертант брав участь в інтерпретації та узагальненні отриманих результатів.
Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох глав і висновків.
У роботі 158 сторінок машинописного тексту з них 118сторінок основного тексту, 38 ілюстрацій, 10 таблиць і список літератури з 127 найменувань.
зміст роботи
У вступі показана актуальність теми дисертації, сформульовані мета і завдання роботи, наукова новизна й апробація результатів дослідження, наведені кількість публікацій за матеріалами дисертації, структура й обсяг роботи.
У першому розділі поданий огляд літератури з впливу радіаційного та НВЧ випромінювань на параметри напівпровідникових структур і приладів. Розглядається радіаційна зміна параметрів бар'єрів Шотткі та ПТШ, ефекти, пов'язані з радіаційною обробкою. Крім того, розглянуті питання діагностики ПТШ. Наприкінці глави визначені мета й завдання даної роботи.
В другому розділі розглядаються методичні аспекти дослідження арсенідгалієвих ПТШ. Наведені опис конструкції та технології виготовлення ПТШ, методи дослідження й обробки результатів, засоби зовнішніх впливів. Описана конструкція розробленого автоматизованого стенда контролю параметрів НВЧ польових транзисторів, що дозволяє робити виміри статичних ВАХ як корпусованих приладів, так і транзисторів на пластині з похибкою вимірювання не більше 1%, а також досліджувати параметри тестових структур у діапазоні температур 77 - 400 К.
Вимірювання статичних ВАХ за допомогою характеріографів є одним із найбільш поширених методів діагностики напівпровідникових приладів. Перевагою застосування характеріографа є можливість проводити вимірювання характеристик практично усіх типів напівпровідникових приладів у широкому діапазоні струмів і напруг (до 20 А і 2 кВ) та простота представлення інформації. Проте такий спосіб має ряд недоліків, головними з яких є низька точність; великі витрати часу на вимірювання та необхідність ручного введення інформації для подальшої обробки; неможливість вимірювання малих струмів. У тих випадках, де потрібна статистична обробка великого масиву зразків, застосування такого характеріографа стає невиправданим.
Розроблений стенд є вільним від перерахованих вище недоліків. Стенд побудований на базі IBM-сумісного комп'ютера і складається з двох плат, що вмонтовуються в комп'ютер, приладу Щ-З1, контактного пристрою, термостата та блока живлення.
Даний стенд був використаний при проведенні експерименту з вивчення радіаційної стійкості та впливу НВЧ випромінювання на польові транзистори з бар'єром Шотткі та НЕМТ. Було проведено більш як вісім тисяч циклів вимірювань, що показали високу повторюваність результатів і ефективність роботи стенда.
У третьому розділі викладено вплив -радіації на параметри арсенідгалієвих ПТШ і НЕМТ. Показано, що в діапазоні доз 104 - 108 Р опромінення -квантами Co60 (інтенсивність 140 Р/с) не призводить до погіршення параметрів, а при дозах 106 - 2107 Р спостерігається поліпшення параметрів ПТШ: зростають крутизна ВАХ і струм насичення, зменшується температура шуму; напруга відсічки при цьому не змінюється.
Наступне збільшення дози опромінення до 2109 Р призводить до деградації параметрів ПТШ. струм насичення зменшується на 50-60%, на 30-40% змінюються напруга відсічки і крутизна ВАХ.
Аналіз дозових залежностей НЕМТ показав, що в діапазоні доз 104–108 Р параметри транзисторів практично не змінюються, а при дальшому збільшенні дози спостерігається їхнє значне погіршення. На рис.1. наведені типові дозові залежності струму насичення (а), напруги відсічки ВАХ (б) і крутизни (в), отримані при опромінюванні ПТШ -квантами Со60 інтенсивністю 140 Р/с.
Порівняння результатів дослідження ПТШ і НЕМТ показало, що транзистори з високою рухливістю електронів не дали очікуваної переваги в радіаційній стійкості. Відносні зміни виявилися порівнянними, проте НЕМТ мали кращі показники з крутизни ВАХ і шуму.
Оскільки робочі шари ПТШ містять арсенід галію з концентрацією легуючої домішки ~51017 cм-3, а радіаційні зміни в GaAs із таким легуванням при дозах -квантів Co60 нижчих за 7108 Р ще не настають, характеристики ПТШ, що спостерігаються при дозі 108 Р, не можна пояснити радіаційним дефектоутворенням в арсеніді галію. Виявилося, що в досліджуваних ПТШ раніше, ніж починаються зміни об'ємного матеріалу, виявляються радіаційні ефекти в омічних і бар'єрних контактах Вони, внаслідок наявності в них внутрішніх механічних напружень, є найбільш уразливими для більшості арсенідгалієвих приладів. Підтвердженням цього факту є проведені нами дослідження релаксації внутрішніх механічних напружень на тестових структурах омічних і бар'єрних контактів AuAuGeGaAs і AuTiGaAs, стимульованої порівняно малими дозами -радіації Со60. Результати експерименту з вивчення радіусу кривини R і рівня деформацій R, викликаних пружним вигином тестових структур AuTiGaAs і AuAuGeGaAs у вихідному й опроміненому -квантами Со60 станах в електричному полі Е та без нього, показали, що в опромінених (без поля й в електричному полі) зразках відбувається релаксація механічних напружень (збільшується радіус кривини структур і зменшується величина R). У табл. 1 наведені експериментальні дані з впливу -радіації Co60 на радіус кривини R і викликану пружним вигином деформацію R контактних систем.
Таблиця 1.
Вплив -радіації Со60 на радіус кривини R і пружну деформацію R контактних систем AuTiGaAs і AuAuGeGaAs при товщинах пластин 350 мкм.
Зразок | AuAuGeGaAs | AuTiGaAs
Радіус кривини, R, м | R | Радіус кривини, R, м | R
Вихідний | 9,4 | 1,8710-5 | 11,4 | 1,510-5
опромінений дозою 3106 Р | 25 | 0,710-5 | 17 | 1,0210-5
опромінений дозою 2107 Р | 17,2 | 1,0210-5 | 17 | 1,0210-5
опромінений дозою 2107 Р при U =-2 | 17,2 | 1,0210-5 | 17 | 1,0210-5
Тут R – деформація, викликана пружним вигином структури. Радіус кривини вимірювався з точністю 1 см.
* Зразки опромінювалися при прикладанні зворотної напруги 2 В.
З табл. 1 можна бачити, що вихідні контакти AuTiGaAs і AuAuGeGaAs мають достатньо високий рівень деформації R. Опромінення -квантами дозами 3106 Р контактів AuAuGeGaAs і AuTiGaAs призводить до зниження рівня деформацій. Це свідчить про зменшення пружних перекручувань у приповерхневих шарах контактних структур. При цьому після опромінення дозою 2107 Р обидві контактні системи, як і при комбінованому впливі ( радіація + електричне поле), мають однаковий рівень залишкових деформацій, характерних для кожної з цих систем. Наслідком релаксації є виявлене нами структурно-домішкове упорядкування в контактах AuTiGaAs (затвор Шотткі) і AuGeGaAs (омічний контакт).
На рис.2 показана морфологія поверхні межі поділу AuGeGaAs після видалення евтектики AuGe, отриманої за допомогою просвічуючої електронної мікроскопії. Вихідний стан показаний на рис. 2,а. Після створення омічного контакту (відпал при температурі 430 С протягом 60 с) відбувається трансформація дефектів (рис. 2,б), що свідчить про неоднорідність контакту. Опромінення даної структури -квантами Co60 до дози 2107 Р призводить до гомогенізації межі поділу (рис. 2,в). Аналогічні процеси спостерігаються в контактах тестових структур AuTiGaAs. Ці результати корелюють із експериментальними даними по поліпшенню параметрів ПТШ при дозі -радіації Co60 2107 Р. При цьому істотно збільшується планарна однорідність параметрів ПТШ по пластині і на 10-15% збільшується відсоток виходу придатних. Аналогічні результати впливу -радіації Со60 були отримані при дослідженні ПТШ на основі InР.
Дослідження мікрорельєфу межі поділу, проведені на тестових структурах омічних і бар'єрних контактів за допомогою мікроскопа атомних сил (AFM - аtomic force microscope), показали, що вихідна поверхня епітаксійної структури GaAs є порівняно однорідною, а розподіл мікронеоднорідностей описується функцією Гауса (рис. 3,а,б,в). Мікрорельєф межі поділу фаз AuGeGaAs, внаслідок формування омічного контакту, виявляється неоднорідним порівняно з вихідною поверхнею епітаксійної плівки GaAs (рис. 3,г,д,е).
Посилення дифузійних процесів і міжфазових взаємодій у контактах металGaAs, стимульоване опроміненням дозами -радіації Co60 вищими від 108 Р, призводить до зміни просторових параметрів рельєфу поверхні: висоти, ширини мікрозападин і відстані між ними, а їхній розподіл вже не описується нормальним законом (рис.3,ж,з,і). У цьому випадку, через гетерогенність межі поділу металGaAs, збільшення висоти мікрорєльєфу і товщини перехідного шару настає деградація омічного контакту. Ці результати корелюють із профілями розподілу компонентів контакту, отриманими методом електронної Оже-спектроскопії. Аналогічні результати спостерігаються при дослідженні тестових структур затвора Шотткі AuTiGaAs.
Рис. 2 Морфологія поверхні після видалення евтектики AuGe контакту AuGeGaAs: а - вихідна структура; б - після відпалу при Т = 430 С в протягом 60 с; в - після опромінення зразка “б” -квантами Co60 до дози 2107 Р.
Встановлено також, що охолодження GaAs ПТШ типу АП356, вихідних і опромінених -квантами Co60 в інтервалі доз 106 - 2107 Р, до температури рідкого азоту поліпшує їхні параметри.
На основі проведених досліджень розроблена методика поліпшення параметрів арсенідгалієвих ПТШ шляхом опромінення їх у корпусі або на пластині гамма-квантами Со60 у діапазоні доз 106-2107 Р. Її апробовано в умовах виробництва ПТШ в ДП “Сатурн-мікро”.
Рис.3. Морфологія поверхні, розподіл неоднорідностей і шорсткість поверхні GaAs (а, б, в); межа поділу вихідного сформованого контакту AuGeGaAs (г, д, е); межа поділу AuGeGaAs після опромінення -квантами Со60 до дози 109 Р (ж, з, і). Масштаб по осі z для рисунків: а) - 50 нм на поділку; г) і ж) - 500 нм на поділку.
У четвертому розділі наведені експериментальні результати з впливу НВЧ випромінювання частотою 2,45 ГГц і питомою потужністю 1,5 Вт/см2 протягом 1300 с на параметри арсенідгалієвих ПТШ із затвором Шотткі, сформованих на пластині. Показано, що внаслідок дії НВЧ випромінювання, навіть при дуже малих (менше однієї хвилини) тривалостях обробки, параметри ПТШ зазнають змін. При цьому відбувається зменшення крутизни ВАХ і струму насичення, а напруга відсічки не змінюється. Збільшення часу обробки до 100160 с призводить до поліпшення параметрів ПТШ у порівнянні з вихідними. Встановлено, що подібні зміни пов'язані з релаксацією внутрішніх механічних напружень у пластині GaAs. У табл. наведені експериментальні дані з впливу НВЧ випромінювання на радіус кривини пластини GaAs із сформованими на ній ПТШ і крутизну ВАХ ПТШ.
Таблиця 2.
Вплив НВЧ випромінювання (частота f = 2,45 ГГц, питома потужність 1,5 Вт/см2) на радіус кривини R пластини GaAs із ПТШ, крутизну S ВАХ ПТШ, зміну струму насичення .
Параметри | Тривалість опромінення, с
вихідний | 10 | 50 | 100 | 160
R, м | -2,8 | -11,4 | 6,0 | 8 | 8
S, мА/В | 33 | 37 | 35 | 41 | 41
1 | 1,03 | 1,02 | 1,15 | 1,15
Тут , початковий струм стоку опроміненого і неопроміненого ПТШ, відповідно.
З табл. 2 видно, що існує кореляція між кривиною пластини та параметрами ПТШ, а також що НВЧ опромінення призводить до поліпшення параметрів ПТШ - збільшення крутизни ВАХ і струму насичення до і після НВЧ опромінення протягом 100160 с.
Аналогічні результати були отримані на тестових структурах AuTiGaAs: висота бар'єра в, фактор ідеальності n і величина зворотного струму при фіксованій напрузі корелюють зі зміною радіуса кривини тестової структури. При цьому в зростає, n і зворотний струм зменшуються при НВЧ обробці в інтервалі 10160 с, а радіус кривини змінюється від 5,6 м у вихідному зразку до R = ? при опроміненні протягом 100160 c. Тобто короткочасне НВЧ опромінення за своєю дією на арсенідгалієві структури (діодні та транзисторні) виявляється ідентичним малодозовому опроміненню подібних об'єктів -квантами Со60. Це вказує на спільність структурно-домішкових упорядкувань у приконтактних шарах GaAs, стимульованих малодозовою дією -квантів і НВЧ випромінювання, що підтверджено дослідженнями спектрів поверхнево-бар'єрного електровідбивання тестових структур n-n+-GaAs та металGaAs до і після НВЧ опромінення протягом 2 с. При цьому в тестових структурах обох типів після НВЧ опромінення зменшується зіштовхувальний параметр розширення Г, що свідчить про структурно-домішкове упорядкування в приповерхньому (приконтактному) шару GaAs, як і після малодозового опромінення -квантами Со60, що корелює з поліпшенням параметрів діодних і транзисторних структур.
Збільшення часу НВЧ опромінення понад 300 с (при обраних умовах НВЧ обробки) призводить до деградації параметрів діодних і транзисторних структур.
Висновки
Виявлення особливостей дії -квантів Со60 і НВЧ випромінювання на арсенідгалієві діодні та транзисторні структури дозволяє розширити знання про ці впливи і розробити методику їхнього використання в технології ПТШ. Відзначимо основні отримані результати.
1.
Експериментально показано, що радіаційні ефекти в арсенідгалієвих діодних і транзисторних структурах із бар'єром Шотткі зумовлені релаксацією внутрішніх механічних напружень і міжфазовою взаємодією, котрі супроводжуються структурно-домішковим упорядкуванням у шарі GaAs, який прилягає до межі поділу металGaAs. Це зумовлює збільшення часу життя неосновних носіїв заряду р, зменшення пов'язаного з р зворотного струму термогенераційної природи, збільшення висоти бар'єра і зменшення фактора ідеальності в діодних структурах із бар'єром Шотткі, а також у затворі ПТШ, підвищення крутизни ВАХ і струму насичення, зменшення розкиду параметрів ПТШ на пластині після їхнього опромінення малими дозами -квантів Со60.
2.
Виявлено поліпшення параметрів транзисторних структур із затвором Шотткі на пластині GaAs і арсенідгалієвих діодних структур із бар'єром Шотткі після магнетронного НВЧ опромінення з частотою 2,45 ГГц питомої потужності 1,5 Вт/см2. Воно пов'язане зі структурно-домішковим упорядкуванням в області межі поділу фаз металGaAs, стимульованим НВЧ випромінюванням.
3.
На основі виявлених закономірностей запропонований діапазон доз опромінення арсенідгалієвих транзисторних структур і ПТШ на їхній основі -квантами Со60 і НВЧ випромінюванням, у якому спостерігається поліпшення статичних вольт-амперних характеристик.
4.
Виявлено зменшення фактора шуму і збільшення коефіцієнта підсилення на частоті 12 ГГц у вихідних і опромінених -квантами Со60 в діапазоні доз 106-2107 Р арсенідгалієвих ПТШ у температурному інтервалі 80 – К.
5.
Запропоновано засіб керування параметрами арсенідгалієвих ПТШ на пластині й у корпусі при опроміненні останніх -квантами Со60, апробований в ДП “Сатурн-мікро” при виконанні проекту "Розробка фізичних методів керування електронною структурою надтонких шарів напівпровідникових матеріалів з метою створення НВЧ надчутливих арсенідгалієвих приладів".
6.
Розроблено і випробувано в експерименті автоматизований стенд контролю параметрів НВЧ малошумливих арсенідгалієвих польових транзисторів.
Основні результати дисертації опубліковані в роботах:
1.
Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Ренгевич А.Е., Соловьев Е.А. Измерительный модуль и программное обеспечение стенда контроля параметров полевых транзисторов. // Известия вузов. Электроника. – 1998. - № 4. - с.101-104.
2.
Ренгевич А.Е. Радиационные эффекты в полевых транзисторах с высокой подвижностью электронов. // Письма в ЖТФ. – 1999. - т.25. - вып. 25. - с.55-58.
3.
Конакова Р.В., Миленин В.В., Соловьев Е.А., Статов В.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е., Тариелашвили Г.Т. Влияние радиации на вольтамперные характеристики арсенидгаллиевых транзисторов с барьером Шоттки. // Известия вузов. Радиоэлектроника. – 1999. - т.42. - № 4. - с.73-76.
4.
Конакова Р.В., Миленин В.В., Соловьев Е.А., Статов В.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е., Прокопенко И.В., Тариелашвили Г.Т. Влияние -квантов 60Co на электрофизические свойства арсенидгаллиевых ПТШ. // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 2000 - № 6. - с.45-51.
5.
Босый В.И., Ильин И.Ю., Иващук А.В., Конакова Р.В., Ковальчук В.Н., Соловьев Е.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е., Тариелашвили Г.Т. Электрофизические свойства бескорпусных полевых транзисторов с барьером Шоттки в диапазоне температур 80300 К. // Петербургский журнал электроники. – 2000. - № 1. - с.52-55.
6.
Камалов А.Б., Конакова Р.В., Миленин В.В., Ренгевич А.Е., Соловьев Е.А. Влияние СВЧ излучения на характеристики GaAs полевых транзисторов с затвором Шоттки. // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 2000. - вып. 35. - с. 145-149.
7.
Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Ренгевич А.Е., Соловьев Е.А. Автоматизированный стенд для измерения параметров полевых транзисторов. // В кн.: Тезисы докладов международной конференции “Современные проблемы физики полупроводников”. Нукус, Узбекистан, 8-11 сентября 1997. Каракалпакский государственный университет. – 1997. - с.68.
8.
Конакова Р.В., Соловьев Е.А., Ренгевич А.Е. Аппаратура и методы диагностики СВЧ диодов и транзисторов. / В кн.: Материалы конференции “Крымико-97” 7ой Международной Крымской конференции “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии”. - Крым, Украина, 15-18 сентября 1997. Севастополь: Вебер. -1997. - с.282-283.
9.
Венгер Е.Ф., Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Коротченков Г.С., Миленин В.В., Прокопенко И.В., Ренгевич А.Е., Руссу Е.В., Соловьев Е.А., Чайка Г.Е. Радиационные эффекты в полевых транзисторах с затвором Шоттки на основе GaAs и InP. / В кн.: Материалы конференции “Крымико-98” 8ой Международной Крымской конференции “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии”. - Крым, Украина, 14-17 сентября 1998. - Севастополь: Вебер. - 1998. - с.109-112.
10.
Belyaev A.A., Chaika G.E.,. Il'in I.Yu, Konakova R.V., Lyapin V.G., Milenin V.V., Rengevych A.E., Soloviev E.A., Tagaev M.B., Voitsikhovskiy D.I.. Effect of -radiation on the transition layer in metalsemiconductor contacts. / In: Proc. International semiconductor conference CAS’98 (Sinaia, Romania, October 6-10, 1998). - v.1. - p. 259-262.
11.
Венгер Е.Ф., Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Коротченков Г.С., Миленин В.В., Прокопенко И.В., Ренгевич А.Е., Руссу Е.В., Соловьев Е.А. Радиационные эффекты в арсенидгаллиевых полевых транзисторах. / В кн.: Труды пятой всероссийской научной конференции с международным участием “Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: (Дивноморское, Россия, 6-11 сентября 1998). Таганрог. – 1998. - с.72.
12.
Кохан В.П., Рыжакова Л.К., Ренгевич А.Е., Стовповой М.А. Малошумящие СВЧ полевые транзисторы. / В кн.: Материалы конференции “Крымико-99” 9ой Международной Крымской конференции “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии”. - Крым, Украина, 13-16 сентября 1999. - Севастополь: Вебер. -1999. - с.64-65.
13.
Ренгевич А.Е. Влияние -радиации и быстрого термического отжига на электрические характеристики арсенидгаллиевых полевых транзисторов. / In: Proc. VII International Conference on Physics and Technology of Thin Films (Ivano-Frankovsk, Ukraine, October 4-8 1999). Ivano-Frankovsk. - 1999. - p.65.
14.
Конакова Р.В., Миленин В.В., Соловьев E.А., Статов В.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е. Радиационное дефектообразование в арсенидгаллиевых полевых транзисторах с барьером Шоттки. / В кн.: Материалы III международной конференции “Взаимодействие излучений с твердым телом” (Минск, Белорусь, 6-8 октября 1999). – Минск. - 1999. - с.116-118.
15.
Belyaev A.A., Beketov G.V, Chaika G.E., Konakova R.V., Lyapin V.G., Milenin V.V., Rengevych A.E., Soloviev E.A., Voitsikhovskiy D.I., Boltovets N.S., Ivanov V.N. Current flow through a nonuniform metalGaAs contact. / In: Proc. International semiconductor conference CAS’99 (Sinaia, Romania, October 5-9, 1999). - v.1. - p.269-272.
16.
Войциховский Д.И., Конакова Р.В., Миленин В.В., Соловьев E.А., Чайка Г.Е., Ренгевич А.Е., Болтовец Н.С., Иванов В.Н. Электрофизические свойства квазиоднородных контактов AuTiBxGaAs. / В кн.: Материалы 7ой российской конференции “Арсенид галлия” “GaAs-99” (Томск, 21-23 октября 1999). – Томск. – 1999. - с.112-114.
17.
Камалов А.Б., Конакова Р.В., Миленин В.В., Ренгевич А.Е., Соловьев Е.А. Влияние СВЧ излучения на параметры GaAs ПТШ. / В кн.: Материалы конференции “Крымико-2000”, 10ой Международной Крымской конференции “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии”. - Крым, Украина, 11-15 сентября 2000. - Севастополь: Вебер. - 2000. - с.133-134.
18.
Ильин И.Ю., Конакова Р.В., Соловьев Е.А., Стовповой М.А., Ренгевич А.Е., Приходенко В.И. Радиационные эффекты в омических и барьерных контактах арсенидгаллиевых полевых транзисторов с барьером Шоттки. / В кн.: Труды XIV международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, Крым, 12-17 июля 2000). – Харьков. – 2000. - с.335-336.
Список використаної літератури
1.
Радиационные методы в твердотельной электронике. // Вавилов В.С., Горин Б.М., Данилин Н.С., Кив А.Е., Нуров Ю.Л., Шаховцов В.И. М.: Радио и связь. – 1990 – 184 с.
2.
Лысенко В.С., Назаров А.Н., Ткаченко А.С. ВЧ плазменная обработка кремниевых многослойных структур // Вестник ноу-хау. - 1992.- вып.1. - с.35-38.
3.
Конакова Р.В. Тхорик Ю.А. Хазан Л.С. Особенности радиационной технологии при изготовлении GaAs диодов для СВЧ электроники // В кн.: Арсенид галлия / Под ред. Гамана В.И. - Томск: ТГУ - 1982. - с.183 - 185.
4.
Громов Д.В., Петров Г.В., Еленский В.Г. Радиационные дефекты в СВЧ полупроводниковых приборах на основе арсенида галлия. // Зарубежная радиоэлектроника. - 1980. - № 11. - с.64-77.
5.
Zuleeg. R. Radiation Effects in GaAs FET Devices. // Proc. of the IEEE – 1989 - v.77. - № 3. - p.389-407.
6.
Балыков П.В. Радиационная стойкость ПТШ на GaAs. // Электронная техника, сер. 8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. – 1992. - №3-4. - с.31-40.
7.
Оболенский С.В., Павлов Г.П. Влияние нейтронного и космического облучения на характеристики полевого транзистора с затвором Шоттки. // ФТП. - 1995. - т.29. - вып.3. - с.413-420.
8.
Бреза Ю., Веселых М., Ильин И.Ю. и др. Радиационные методы в технологии полупроводниковых материалов и приборов. //Proc. Intern. Sympos. оn Recent Advances in Microwave Technology (ISRAMT-95) (Kiev, 11-16 Sept.95)// Eds. Rawat B.S., Sunduchkov K.S. Kiev.-1995. V.3 – p.844-927.
9.
Демарина Н.В., Оболенский С.В. Моделирование воздействия ионизирующего излучения на полевой транзистор с затвором Шоттки. // Зарубежная радиоэлектроника. – 1997. - № 4. - с.66-80.
10.
Немошкаленко В.В., Алешин В.Г., Гассанов Л.Г., Семашко Е.М., Синкевич А.И, Прокопенко В.М., Варченко Н.Н. Влияние физико химические воздействия на поверхность арсенида галлия. - Поверхность. - 1983.- №2. с. 88 - 94.
11.
Кадуков А.Е., Разумов А.В. Основы технического и оперативно-тактического применения электромагнитного оружия. - Петербургский журнал электроники. - 2000. - №2. - с. 53 - 60.
12.
Бригидин А.М., Титович Н.А., Кириллов В.М., Юсупов Ю.П., Листопад Н.И., Г.И. Ясюля. Влияние электромагнитных помех на работоспособность полупроводниковых приборов и интегральных схем. // Электронная техника. Серия 8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. - 1992. - вып.1. - с.3-13.
13.
Антипин В.В., Годовицын В.А., Громов Д.В., Кожевников А.С., Раваев А.А. Влияние мощных импульсов микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные схемы. // Зарубежная радиоэлектроника. – 1995. - № 1. - с.37-53.
Анотація
Ренгевич О.Є. Вплив -радіації і НВЧ випромінювання на параметри GaAs польових транзисторів з бар'єром Шотткі. - Рукопис.
Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. Інститут фізики напівпровідників Національної Академії наук України, Київ, 2001.
Дисертація присвячена дослідженню впливу малих доз -радіації та НВЧ випромінювання на параметри польових транзисторів з бар'єром Шотткі.
У роботі показано, що зміну параметрів малошумливих НВЧ польових транзисторів з бар'єром Шотткі при дії -радіації Со60 визначають процеси масопереносу в омічних і бар'єрних контактах. У діапазоні доз опромінення 106 107 Р, внаслідок радіаційно-стимульованої релаксації внутрішніх механічних напружень в омічних і бар'єрних контактах, спостерігається поліпшення параметрів транзисторів (зменшується коефіцієнт шуму, збільшується крутизна ВАХ, розподіл параметрів по пластині стає більш однорідним).
Дослідження впливу НВЧ випромінювання на параметри ПТШ показали, що зміна характеристик настає навіть при незначних тривалостях обробки. Внаслідок впливу НВЧ випромінювання збільшується висота бар'єра, а фактор ідеальності зменшується. Експериментально отримано, що, аналогічно випадку -опромінювання, існує діапазон тривалостей обробки, у якому можливе поліпшення параметрів ПТШ.
Ключові слова: транзистор з бар'єром Шотткі, релаксація внутрішніх механічних напружень, радіаційно-технологічний процес.
Аннотация
Ренгевич А.Е. Влияние -радиации и СВЧ излучения на параметры GaAs полевых транзисторов с барьером Шоттки.- Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06 – технология, оборудование и производство электронной техники. Институт физики полупроводников Национальной Академии наук Украины, Киев, 2001.
Диссертация посвящена исследованию влияния малых доз -радиации и СВЧ излучения на параметры полевых транзисторов с барьером Шоттки.
В работе показано, что в основе эффекта влияния малых доз -радиации Со60 и СВЧ излучения на параметры арсенидгаллиевых структур и ПТШ лежит релаксация внутренних механических напряжений сопровождающаяся перестройкой дефектной структуры в области границы раздела фаз металл-GaAs. Установлено, что в диапазоне доз облучения -квантами Со60 1062107 Р, в результате радиационно-стимулированной релаксации внутренних механических напряжений улучшаются параметры транзисторов (уменьшается коэффициент шума, увеличивается крутизна ВАХ, распределение параметров по пластине становится более однородным).
Исследования воздействия СВЧ излучения с частотой 2,45 ГГц удельной мощность 1,5 Вт/см2 на параметры ПТШ и диоды с барьером Шоттки показали, что изменение характеристик наступает даже при незначительных продолжительностях обработки. Показано, что в результате структурно-примесного упорядочения в области границы раздела фаз металл-GaAs, стимулированного СВЧ излучением, увеличивается высота барьера диодов Шоттки, а фактор идеальности уменьшается.
В работе указывается на общность структурно – примесных упорядочений в приконтактных слоях GaAs, стимулированных малодозовыми воздействиями -квантов и СВЧ излучения, что подтверждают исследования спектров поверхностно-барьерного электроотражения тестовых структур металл-GaAs до и после СВЧ облучения.
экспериментально получено, что, аналогично случаю -обработки, существует диапазон продолжительностей обработки, в котором наблюдается улучшение параметров ПТШ.
На основе проведенных исследований разработана методика улучшения параметров арсенидгаллиевых ПТШ путем облучения их в корпусе или на пластине гамма-квантами Со60 в диапазоне доз 106-2107 Р, апробированная в условиях производства ПТШ в ДП “Сатурн-мікро”.
Ключевые слова: транзистор с барьером Шоттки, релаксация внутренних механических напряжений, радиационно-технологический процесс.
Summary
Rengevych O.E. Effect of -radiation and microwave radiation on the GaAs SB-FET parameters. – A typescript.
Thesis for a Candidate of Technical Sci. degree (specialty 05.27.06–technology, equipment and manufacturing of electronic products). - Institute of Semiconductor Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2001.
The thesis deals with investigation of the effect of low-dose -irradiation and microwave irradiation on the SB-FET parameters.
It is shown that changes in the parameters of low-noise microwave SB-FETs exposed to Со60 -irradiation are determined by mass transport processes in ohmic and barrier contacts. Due to the radiation-enhanced relaxation of intrinsic stresses in ohmic and barrier contacts, an improvement of the transistor parameters is observed in the 1062107irradiation dose range: the noise level drops, the IV curve slope increases, and the distribution of parameter values over the wafer becomes more uniform.
The investigations of the effect of microwave radiation on the SB-FETs have shown that changes in characteristics occur even at low durations of treatment. As a result of the microwave radiation action, the barrier height grows and ideality factor decreases. It has been obtained experimentally that, similarly to the case of -radiation treatment, there exists a treatment duration range for which an improvement of the SB-FET parameters is possible.
Key words: Schottky-barrier gate field-effect transistor, relaxation of intrinsic stresses, radiation-technological procedure.
