Копланарный ограничитель свч мощности монолитной интегральной схемы

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к области полупроводниковой электроники. Копланарный ограничитель СВЧ мощности выполнен в виде pin диода и включает эпитаксиальную структуру, защитное покрытие на поверхности кристалла, поверх которого выполнены гальванические мостики, соединяющие диоды с волноводами. Эпитаксиальная структура выполнена на основе нитрида галлия, копланарный волновод расположен непосредственно на изолирующем слое CVD поликристаллического алмаза, а интегральный теплоотвод представляет собой двухслойную структуру из изолирующего слоя CVD поликристаллического алмаза, покрытого нелегированным слоем твердого раствора AlGaN в области расположения n+-слоя pin диода. Технический результат заключается в уменьшении теплового сопротивления. 1 илл.

Полезная модель относится к области полупроводниковой электроники, в частности, к копланарным диодным ограничителям СВЧ мощности, предназначенным для защиты приемников S диапазона.

Из "Уровня техники" известен ограничитель СВЧ мощности монолитной интегральной схемы (МИС) в виде диода, включающего эпитаксиальную структуру арсенида галлия. Толщины и концентрации слоев следующие: верхний p+-слой - 0,3 мкм при концентрации акцепторов, равной 21019 см-3; 1-слой - 2 мкм; нижний n+-слой - 0,5 мкм при концентрации доноров 21018 см-3. Концентрация носителей в i-слое была выбрана, равной нижнему пределу для МОС-гидридной эпитаксии и составила 11014 см-3. Толщина полуизолирующей подложки арсенида галлия равна 420 мкм. Омические контакты к p+-слою арсенида галлия выполнены напылением многокомпозиционной системы Pt/Ti/TiN/Ti/Au/Ti на рабочей стороне пластины. В качестве омического контакта использована система металлизации AuGe/Ti/Au. На поверхности готовых структур имеется защитное покрытие из полиамида, поверх которого выполнены гальванические мостики, соединяющие диоды с волноводами (см. АБОЛДУЕВ И.М. и др. "МИС 10 Вт ограничителя СВЧ мощности на GaAs p-i-n диодах", Электронная техника, серия 2, выпуск 1 (226), 2011 г., с. 27-35).

Недостатками известного устройства являются высокое тепловое сопротивление, обусловленное низкой теплопроводностью арсенида галлия.

Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в уменьшении теплового сопротивления p-i-n диода.

Технический результат обеспечивается тем, что копланарный ограничитель СВЧ мощности выполнен в вице pin диода и включает эпитаксиальную структуру, защитное покрытие на поверхности кристалла, поверх которого выполнены гальванические мостики, соединяющие диоды с волноводами. Эпитаксиальная структура выполнена на основе нитрида галлия, копланарный волновод расположен непосредственно на изолирующем слое CVD поликристаллического алмаза, а интегральный теплоотвод представляет собой двухслойную структуру из изолирующего слоя CVD поликристаллического алмаза, покрытого нелегированным слоем твердого раствора AlGaN в области расположения n+-слоя pin диода.

Сущность настоящей полезной модели поясняется иллюстрацией, на которой в разрезе отображено настоящее устройство.

На иллюстрации отображены следующие конструктивные элементы:

1 - теплопроводящий слой CVD поликристаллического алмаза - подложка:

2 - промежуточный эпитаксиальный слой из твердого раствора AlxGa1-xN, где 0x1, толщиной 0,15 мкм;

3 - сильнолегированный слой n+ из нитрида галлия;

4 - нелегированный i-слой из нитрида галлия;

5 - сильнолегированный слой p+ из нитрида галлия;

6 - омический контакт к p+ области - металлизация Pt/Au;

7 - защитное покрытие из полиамида;

8 - слой золота;

9 - омический контакт к n+ области - металлизация Ti/Al;

10 - металлизация поликристаллического алмаза под слоем золота.

Настоящее устройство изготавливают следующим образом.

При изготовлении интегрального теплоотвода с активной областью p-i-n диода, на базовой подложке из монокристаллического кремния p-типа проводимости, ориентированного по плоскости (III), осаждают вспомогательный эпитаксиальный слой 2 из твердого раствора AlxGa1-xN, где 0x1, толщиной 0,15 мкм, на который осаждают слой теплопроводящий слой СУ В поликристаллического алмаза 1, толщиной 200 мкм, а базовую подложку удаляют. На базовом слое 2 формируют p-i-n диодную структуру, последовательно выращивая сильнолегированный слой n+ из нитрида галлия 3, толщиной 0,5 мкм, нелегированный i-слой из нитрида галлия 4, толщиной 2 мкм, сильнолегированный слой p+ из нитрида галлия, толщиной 0,3 мкм. После формирования активной части покрывают защитным покрытием из полиамида 7.

В качестве омического контакта 9 к n+-слою используют систему металлизации Ti/Al. Контакт вжигают в вакууме при температуре 850°C, он имеет сопротивление 210-6 Омсм2.

Омический контакт 6 к p+-слою создают напылением многокомпозиционной системы Р1/Аи на рабочую сторону пластины. Вжигание контакта проводят в атмосфере кислорода при температуре 600°C, что позволяет получить переходное сопротивление контакта не более 510" Омсм.

Активную область диода формируют методами фотолитографии и травления с последующим гальваническим осаждением золота (слои золота 8). Слои золота 8 выполняют к омическому контакту p+-слоя, к омическому контакту n+-слоя, поверх металлизации к CVD поликристаллического алмаза 1.

Вертикальные диодные структуры формируют в процессах ионно-химического и химического травления металлов и прецизионного химического травления. Путем ионно-химического травления металлов и гальванического осаждения золота изготавливают копланарный волновод, размещенный непосредственно поверх изолирующего слоя СУБ поликристаллического алмаза 1.

На поверхность готовых структур наносят защитное покрытие 7 из полиамида, поверх которого формируют гальванические мостики, соединяющие диод с волноводом.

При трехмерном моделировании тепловых процессов с учетом неравномерности распределения СВЧ тока было установлено, что температура нижнего основания у кристалла меньше 20°C, мощность, рассеиваемая диодом, 0,5 Вт. Также было установлено, что перегрев относительно основания в самой горячей точке не превышает 100°C.

Интегральный теплоотвод, который состоит из двухслойной структуры - изолирующего слоя CVD поликристаллического алмаза 1 и нелегированного слоя твердого раствора AlGaN, расположенного в области осаждения n+-слоя pin диода, позволяет уменьшить тепловое сопротивление в 1,5-2 раза и увеличить уровень допустимой входной мощности до 30%, обеспечивая достижение высокого уровня подавления сигнала при большой входной мощности и работу устройства при повышенных температурах. Кроме того, настоящее устройство позволяет обеспечить равномерность распределения СВЧ тока в открытых диодах, увеличить коэффициент отражения, повысить надежность функционирования МИС.

Копланарный ограничитель СВЧ-мощности, выполненный в виде pin-диода и включающий эпитаксиальную структуру, защитное покрытие на поверхности кристалла, поверх которого выполнены гальванические мостики, отличающийся тем, что эпитаксиальная структура выполнена на основе нитрида галлия, копланарный волновод расположен непосредственно на изолирующем слое CVD поликристаллического алмаза, а интегральный теплоотвод представляет собой двухслойную структуру из изолирующего слоя CVD поликристаллического алмаза, покрытого нелегированным слоем твердого раствора AlGaN в области расположения n+-слоя pin-диода.



 

Похожие патенты:
Наверх