Применение арсенида галлия в микроэлектронике

Полупроводниковые материалы АIIIВV, структура которых .совместима е подложками InP, исследуются в настоящее время особенно активно. К таким материалам относятся InGaAs и соединения InGaP. Интерес к указанным материалам определяется возможностью изменения ширины их запрещенной зоны, что позволяет создавать оптоэлектронные приборы, работающие на длинах волн, оптимальных для систем связи. Кроме того, эти материалы перспективны и для изготовления приборов для усиления и генерации, так как в ряде случаев величина максимальной дрейфовой скорости носителей в них выше, чем в GaAs.

Разработка новых технологических процессов открывает возможности для создания новых типов приборов микроэлектроники. Важное место среди таких приборов занимают транзисторы с проницаемой базой, появление которых стало возможным благодаря разработке методов эпитаксиального роста пленок. Кроме того, по мере уменьшения размеров приборов все большее значение приобретают новые технологические методы изготовления субмикронных структур.

Еще одним перспективным способом улучшения параметров создаваемых приборов является разработка новых приборных структур, использующих нетрадиционные процессы переноса носителей. Наиболее известным подходом для реализации таких свойств является уменьшение размеров приборов, позволяющее использовать преимущества явлений превышения скорости насыщения или баллистических явлений переноса. В настоящее время исследуется возможность создания таких условий переноса и в приборах с вертикальной структурой. Другая возможность изменить процесс переноса носителей -- использование сжатия траекторий движения электронов. На этом принципе основана работа некоторых приборов с селективно легированными гетероструктурами.

Усовершенствование технологии выращивания материалов АIIIВV позволило создать принципиально новые типы приборных структур. Например, с помощью методов МЛЭ и эпитаксии из паров металлоорганических соединений удается выращивать гетероструктуры, у которых толщина слоев сравнима с длиной волны де Бройля электронов, находящихся в зоне проводимости. Движение электронов в таких структурах квантуется по дискретным состояниям. Использование подобных структур с потенциальными ямами позволило значительно улучшить параметры полупроводниковых лазеров.

б) Резонансный туннельный диод

Принцип работы диода также основан на туннельном эффекте, обусловленном кванто-механическими явлениями.

Обычные диоды при увеличении прямого напряжения монотонно увеличивают пропускаемый ток. В туннельном диоде квантово-механическое туннелирование электронов добавляет горб в вольтамперную характеристику, при этом, из-за высокой степени легирования p и n областей, напряжение пробоя уменьшается практически до нуля.

Резонансные туннельные диоды находят широкое применение в качестве генераторов и высокочастотных переключателей.

Заключение

Данная курсовая работа посвящена строению и свойствам полупроводникового материала группы АIIIВV - GaAs, а также перспективам развития технологии изготовления приборов на его основе.

История развития технологии GaAs богата яркими примерами создания новых методов изготовления полупроводниковых материалов, новых типов приборных структур и производственных процессов. В настоящее время развитие технологии достигло такого уровня, который позволяет сконцентрировать основное внимание на создании ИС на GaAs и как на интересном объекте исследований, и как на перспективном классе приборов для будущих применений.

В работе описаны основные свойства GaAs, было проведено их сравнение со свойствами кремния. Из проведенного анализа совершенно очевидны преимущества материалов типа АIIIВV. Однако пока не ясно, в каких случаях преимущества GaAs превышают такое важнейшее достоинство кремния, как высокая степень отработки технологических процессов производства приборов на его основе.

В последние годы достаточно большие капиталовложения направлены на расширение исследований и разработку изделий на основе GaAs, а также на организацию производства опытных партий новых приборов. Это позволит в ближайшие годы хотя бы частично ответить на вопрос о целесообразности использования приборов на GaAs в различных областях.

Сейчас можно сказать, что ИС СВЧ диапазона на основе GaAs широко применяются в разрабатываемых военных системах и находят относительно большой рынок сбыта в системах приёма телевизионных программ со спутников, а также в сотовой связи. Во многих отношениях ИС СВЧ на GaAs находятся вне конкуренции. Превосходные характеристики приборов на GaAs в СВЧ диапазоне и возможность изготовления полуизолирующих подложек, необходимых для изготовления ИС, обеспечивают бесспорные преимущества схем на GaAs перед кремниевыми ИС. Существуют прикладные задачи, решение которых возможно только при использовании таких ИС. Прекрасным примером этого является разработка активных элементов радиолокаторов.

Цифровые интегральные схемы на GaAs составляют конкуренцию кремниевым ИС. И очевидным является тот факт, что в будущем цифровые ИС на GaAs окажутся незаменимыми в тех областях, где требуется высокое быстродействие.

Литература

1) Н. Айнспрук, У. Уиссмен, (перев. В.Н. Мордкович): «Арсенид галлия в микроэлектронике», Москва, «Мир», 1988.

2) М. Шур, (перев. М.Е. Левинштейн): «Современные приборы на основе арсенида галлия», Москва, «Мир», 1991.

3) Д.В. Ди Лоренцо, (перев. Г.В. Петров): «Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технологии изготовления», Москва, «Радио и связь», 1988

4) В.Я. Алёшкин, Курс лекций «Современная физика полупроводников», Нижний Новгород, 2011

5) Н.С. Аверкиев, Л.П. Казакова, журнал «Физика и техника полупроводников», выпуск 6: «Электрические свойства арсенида галлия», Санкт-Петербург, ФТИ им. Иоффе, 2000

Размещено на Allbest.ru