Устройство и особенности ПТШ на GaAs

Несмотря на многочисленные исследования, попытки создания на основе GaAs высококачественных МДП-транзисгоров не достигли результата. Основные успехи связаны с созданием и промышленным освоением (в том числе в интегральной микроэлектронике) нолевых транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ). В отличие от ПТУП в этих приборах затвор выполнен в виде барьерного контакта типа Шоттки; в остальном принципы их действия идентичны. Использование в качестве затвора барьерного контакта Шоттки позволяет исключить инжекцию дырок в «-канал и связанную с ней диффузионную емкость. Таким образом, ПТШ сохраняют высокое быстродействие даже в режиме затворных токов.

Типовая структура интегрального ПТШ представлена на рис. VII.2.2. На иолуизолирующей подложке 1 (нелегированный i -GaAs) методами эпитаксии наращивается барьерный «-слой GaAs 2 (N~ 210¹⁷см ³, а₀~ 100 нм), а поверх него — контактный «⁺-слой 4 (N- 10¹⁸см^_3, а⁺~ 100 нм). Для формирования омических контактов стока и истока 5 на контактный «⁺-слой 4 наносится трехслойная композиция GeAuNi. При специальной термообработке вплавления омических контактов образуется низкоомная эвтектика с большим содержанием Ge, который является в GaAs донорной примесью. Взаимная изоляция транзисторов осуществляется селективной бомбардировкой поверхности ионами водорода или бора (см. параграф VII.2.1), в результате чего формируются изолирующие области 6. Для создания барьерного контакта затвора используются композиции, включающие тугоплавкие металлы (W, Ti, V и др.) или их силициды. Перед нанесением барьерного контакта затвора осуществляется селективное стравливание поверхности барьерного п-слоя 2 до необходимой толщины а, обеспечивающей заданное пороговое напряжение. При необходимости могут быть сформированы два типа ПТШ с различными пороговыми напряжениями, например нормально открытые (V] < 0) и нормально закрытые (V) > 0).

Рис. VII.2.2. Типовая структура интегрального ПТШ на основе GaAs:

1 — полуизолирующая подложка (р ~ 10^s Ом • см); 2 — барьерный.

«-слой (N~ 2- 10¹⁷ см ³, а» ~ 100 нм); 3 — и-канал (а ~ 70 нм);

• 4 — контактный и±слой (N~ 10^1S см" ³, а⁺ = 100 нм);
• 5 — омические контакты стока и истока (GeAuNi);
• 6 — изолирующие области

Принципиальная технологическая простота и использование методов самосовмещения позволяют реализовать ПТШ сверхвысокого быстродействия с длиной капала 1 = 0,1—0,2 мкм.

Особенностью ПТШ является наличие полуизолиругощей подложки, которая при высоком качестве исходного материала практически не влияет на величину порогового напряжения и вид ВАХ.

Описанная конструкция ПТШ имеет однородно легированный канал, примесный профиль которого в сечении канала изображен на рис. VII.2.3, а. Разновидностью ПТШ.

Рис. VII.2.3. Примесный профиль ПТШ с однородным (я) и 8-легированным (б) каналом являются ПТШ с 8-легированным каналом (рис. VI 1.2.3, б). В этих транзисторах барьерный и-слой легируется слабее (Л^г=5Т0^|6см~³), а необходимая для обеспечения заданного порогового напряжения примесная доза сосредоточена в тонком (~ 15 нм) /г ' -слос (8-слос). При прочих равных условиях ПТШ с 8-легированным каналом обеспечивают несколько большее значение максимальной крутизны ВАХ и предельной частоты [5].