廿年回顾——机电部十三所研制GaAs MES FET和GaAs IC概况

1 引言 微波小功率低噪声晶体管和微波功率晶体管是机电部十三所传统的研究领域之一。作为主要的三端微波半导体器件之一的硅微波器件在六十年代末期低噪声器件已趋成熟,器件性能已经接近理论设计的物理极限。1966年,美国的米德提出砷化镓金属半导体场效应晶体管,或称砷化镓场效应管(简称GaAsMES FET)。砷化镓材料在迁移率等方面的性能比硅材料优越得多,GaAs MES FET的微波性能更使硅微波器件望尘莫及,因此,     

GaAs离子注入工艺实验简况

<正>自81年8月份以来,离子注入工艺围绕着GaAs材料开展了在缓冲层上和半绝缘衬底上注入Si和S杂质,以及注入后用SiO_2包封退火和夹片方式退火等方面的实验,目前已经在单栅和双栅FET器件上取得了初步结果.用能量为200keV、剂量为4×10~(12)cm~(-2)的单电荷Si离子,注入缓冲层制作FET的有源层.注入后用SiO_2包封,在825℃的氢气炉中退火30分钟.制出的双栅FET器件,在频率2GHz下,噪声系数为0.9dB,相关增益为14.5dB.另外,为了满足有些器件注入深度的要求,在200keV     

采用MES FET结构分析绝缘膜-GaAs界面的光学和电学性质

发现测量宽栅GaAs MES FET光学的和电学的低频特性是研究绝缘膜和GaAs之间界面态的一种有效的手段。流过界面层的表面泄漏电流对器件跨导以及栅输入导纳的频率特性起着重要作用。提出了定量解释实验结果的一个等效电路。利用覆盖绝缘膜(SiO_2、Si_3N_4和AlN)的MES FET结构,研究了这些绝缘膜和GaAs之间界面的光学和电学特性,并且发现这些膜的特征激活能分别为0.62、0.44和0.27eV。     

LEC GaAs中缺陷的光致发光研究

本文用4.2K光致发光研究了LEC GaAs的热感生缺陷.热退火时样品分别为无包封,包封或用一个未掺杂的SI-GaAs片覆盖.退火温度为650-850℃,退火在不同气氛下进行(真空,H_2,N_2,H_2+N_2或H_2+As_2). 与缺陷有关的发光带有1.443eV,1.409ev和0.67eV发光带.1.443eV发光带不仅在富Ga的GaAs中出现,而且在富As的热稳定性好的SI-GaAs晶体并经过850℃(在H_2中)热退火的样品中也观测到此发光带.这可能是在退火过程中促进反位缺陷GaAs的形成.1.443eV发光带与GaAs有关.GaAs晶体在H_2中退火后1.409eV峰很强,但在真空中退火末探测到此发光带.文中提出它可能是热退火时氢原子扩散到GaAs晶体中并与某些缺陷结合成络合物的新观点.     

高掺杂沟道GaAs M-I(10~2)-S Schottky势垒栅场效应晶体管(MIS SB FET)

本文首次报道了高掺杂沟道的GaAs MIS SB FET.在S.I.GaAs衬底上用离子注入Si,同时形成高浓度、超薄的有源层和欧姆接触区,载流子峰值浓度为 0.5-1×10~(13)cm~(-3).在Al栅和GaAs有源层间有一层用阳极氧化制备的自身氧化膜,厚度10~2A|°.MIS SB FET为双栅器件,栅尺寸 2 × 400 μm. 实验所得 MIS SB FET的夹断电压为4V,零栅偏跨导为 25mS,高于本实验室相似结构常规工艺的 MES FET器件(峰值浓度1-2×10~(17)cm~(-3),没有氧化膜). 在二区间模型基础上,计入薄氧化膜影响,模拟计算了 MIS SB FET的直流和微波特性,并与常规工艺的 MES FET作了比较.     

制造低功耗亚毫微秒静态随机存储器的亚微米自对准栅GaAs MES FET技术

用自对准栅方法成功地开发了高性能亚微米栅GaAs MES FET工艺。为获得较高的栅开启电压,采用钨氮(WN_X)难熔金属做栅金属。在沟道下注入Be~+做P型埋层以减少短沟道效应和改善FET的均匀性。对于0.6μm栅长获得的跨导高达300ms/mm,阈值电压均匀,它的标准偏差在3in非掺杂LEC片上低达16.8mV,在13×13FET阵列上为7.6mV。用这种工艺我们已制造了功耗只有300mW、存取时间为1ns的256×4位的SRAM。     

GaAs MES FET在辐射环境中的退化

<正> 一、引言 GaAs肖特基栅FET(MESFET)在微波下的低噪声系数已得到了证明,而且很快被用在微波通信和雷达的接收机中。但是,随着科学技术和现代化武器的发展,在某些国防及卫星等的应用中,必须考虑核辐射对GaAs MES FET的影响,考虑该种器件在辐射环境中的性能。为此,美国综合工艺研究所进行了专门的研究,探索了快中子和γ辐射对1μm栅     

注硅InP的包封与无包封热退火

半绝缘InP单晶离子注入硅后,进行了包封与无包封热退火研究。结果表明:用SiO_2膜作包封层的注Si~+InP样品在热退火温度达580℃时开始龟裂,而退火温度高达750℃才能开始激活。用磷硅玻璃作盖片的无包封热退火,在720～750℃范围样品表面光亮,激活率为30～95％,霍耳迁移率最高可达1900cm~2/V·s,薄层电阻最低可达203Ω/□。实验中采用高纯氩气作为保护气体,比传统使用的氢气安全、简便。     

GaAs微波功率FET的可靠性与功率特性的关系

采用射频最大饱和漏电流和射频击穿电压解释了影响GaAs微波功率FET功率特性的主要因素,GaAs FET栅漏间半导体表面负电荷的积累在引起器件电流偏移的同时还导致器件微波功率特性的退化,GaAs微波功率FET的可靠性和功率特性相互关联,高可靠的GaAs微波功率FET一定具有高性能的功率特性。在器件工艺中对表面态密度和陷阱能级密度严格控制是实现GaAs微波功率FET的高功率特性和高可靠性的关键。     

在Si~ 离子注入GaAs的N~ 层上制作欧姆接触的研究

近几年来,用离子注入的方法,直接在半绝缘GaAs衬底上注入Se、S、Si Te等施主型掺杂剂形成N型有源层,用以制造GaAs MES FET和GaAs集成电路的发展异常迅速。这不仅仅是因为离子注入工艺操作简单、可控性好,大面积均匀,无内界面等优点,更重要的是,它具有类似于硅工艺的平面型结构和大大地降低了成本。要使GaAs器件及其集成电路的应用象Si那样广泛和普及,必须具备廉价的GaAs材料和类似于硅平面工艺那样简便而成熟的制造技术。显然,半绝缘的GaAs衬底和离子注入技术则是实现这一目标的有效途径。然而,由于离子注入固有的特点,相对说来,要求半绝缘GaAs衬底必须具有1) 良好的热稳定性,在850℃以上,恒温1小时,其半绝缘性能保持不变。2) 低的掺Cr浓度,最好是不掺Cr的高纯衬底。3) 晶格比较完美、缺陷密度小于     

轻掺铬SI-GaAs单晶的研制

本文报导了LEC法SI—GaAs单晶的研制及结果分析。在SI—GaAs非掺杂单晶生长基础上,生长了一种轻掺铬的SI—GaAs单晶,并在VPE等应用中取得了较好结果。     

3.5WS波段振荡用大功率GaAs FETs

<正>GaAs FET已广泛用来制作各种振荡器,应用于各类整机系统中。为满足整机应用的需要,南京电子器件研究所已研制出S波段振荡用大功率GaAs FET。主要技术指标为,在S波段,振荡输出功率≥2.5W,直流—射频转换效率≥30％。最好器件输出功率达3.5W。 为合理利用器件自身的寄生电抗作反馈元件。以实现振荡电路简单化,并有利于提高振荡频率,器件采用共漏工作模式。器件单胞FET的栅宽为2mm。包含10条200μm的栅指。用     

体硅衬底上的CMOS Fin FET

介绍了一种制作在普通体硅上的 CMOS Fin FET.除了拥有和原来 SOI上 Fin FET类似的 Fin FET结构 ,器件本身在硅衬底中还存在一个凹槽平面 MOSFET,同时该器件结构与传统的 CMOS工艺完全相容 ,并应用了自对准硅化物工艺 .实验中制作了多种应用该结构的 CMOS单管以及 CMOS反相器、环振电路 ,并包括常规的多晶硅和 W/Ti N金属两种栅电极 .分析了实际栅长为 110 nm的硅基 CMOS Fin FET的驱动电流和亚阈值特性 .反相器能正常工作并且在 Vd=3V下 2 0 1级 CMOS环振的最小延迟为 14 6 ps/门 .研究结果表明在未来 VL SI制作中应用该结构的可行性     

C波段30W GaAs功率FET

<正>据日本《东芝评论》杂志1992年第3期报道,在最近的微波通信中,正采用大容量的数字通信系统,迫切需要小失真、大功率的GaAs FET。为此,日本东芝公司已研制成小失真、大功率C波段30W GaAs功率FET。 这种FET比现有20w FET的性能有进一步提高,在管壳内合成4个采用p型杂质离子注     

PECVD Si_xO_yN_z膜及其在GaAs VHSIC中的应用

采用SiH_4,N_2O和NH_3反应气体生长了Si_xO_yN_z膜,其特性取决于反应气体流量、射频功率、反应室压力和衬底温度。用折射率为1.71的Si_xO_yN_z做GaAs注Si~+包封退火膜,它比SiO_2或Si_3N_4有更高的电激活。该膜作为互连隔离介质已用于GaAs高速电压比较器。实验结果表明:Si_xO_yN_z是一种有希望的介质膜。     

在MBE生长的SI—GaAs衬底上单片集成AlGaAs/GaAs多量子阱激光器和GaAs金属—半导体场效应晶体理

近年来,在同一衬底上单片集成光电子器件的研究相当活跃,现已报导的一些光电子集成电路(OEIC),大多采用液相外延(LPE)生长多层结构。日本富士通的T.Sanade等人报导了在MBE生长的SI—GaAs衬底上的AlGaAs/GaAs多量子阱(MQW)LD和GaAsMESFET的单片集成。由MQW激光器和两只MESFET组成的集成结构如图1所示。所有外延层均用MBE法在(100)SI—GaAs衬底上生长。MBE生长分别进行三次,即n~+-GaAs接触层,激光器结构和FET层。生长激光器结构时,衬底温度为710℃。沟槽腐蚀后,先在SI—GaAs衬底上生     

12GHz GaAs FET放大器

<正> 1983年南京固体器件研究所研制定型的GaAs FET,在频率高达12GHz时,有优良的微波性能。该器件的噪声系数最佳水平F_(min)≤1.5dB,已与近年来国际上同类产品的先进水平相当。此器件的研制成功,为制作卫星通讯中12GHz FET放大器解决了关键性器件。 WC60型GaAs FET是凹槽结构,栅长为0.5μm,采用1.8×1.8mm方形金属陶瓷管壳气密封装。该器件的典型“S”参数列于表1。     

10GHz低噪声GaAs FET

在5cm波段GaAs FET研究的基础上,采用氧离子注入代替化学腐蚀台面作隔离,用普通接触式光刻曝光一金属剥离技术制作0.8～1.μ的栅条,并采用深挖槽等方法,我们已试制出3cm的GaAs FET。这种用生陶瓷管壳封装的器件,在10GHz下,噪声系数N_F=4.7dB、增益G_(N_F)=4.7dB,或者N_F=5.8dB、G_(N_F)=7dB。其管芯照片示于下图。     

0.5微米栅的砷化镓肖特基势垒场效应晶体管——缩短栅长改善高频低噪声特性

为了获得良好的砷化镓肖特基势垒场效应晶体管(简称 GaAs SBFET),有必要在结构上缩短栅长 L 减少寄生损耗。目前,尤其在缩短栅长方面已做出极大努力,并正在研究接触曝光、投影曝光以及电子束曝光方法。虽然已出售用接触曝光方法制作的1微米栅 GaAs SBFET,已经获得超过以前的硅双极晶体管高频低噪声特性,仍希望进一步缩短栅长。我们采用改良的接触曝光方法试制了0.5微米栅结构的 FET,已证实可以良好地批量生产。试制的 FET 得到了空前良好的高频低噪声特性,最高振荡频率 f_(max)为85千兆     

单片X波段GaAs MESFET振荡器

本文介绍了单片X波段GaAs MESFET振荡器的研究结果,阐明了计算GaAs MES FET三端口S参数以及用此参数设计单片振荡器的方法,给出了单片振荡器的制造技术及测试结果;10.3GHz时输出30mW;8.2GHz时输出40mW,效率15％。