Обоснуйте тенденцию использования в современных транзисторах таких материалов как GaN, InP, SiC, алмаз с.
На данный момент широко осваиваемым направлением в СВЧ-электронике является создание приборов на основе полупроводниковых материалов с большой шириной запрещенной зоной (отчасти даже близкой к диэлектрикам). Такая ширина запрещенной зоны даёт ряд преимуществ: большие значения пробивного и рабочего напряжения, высокая рабочая температура. В гетероструктурах она обеспечивает значительный разрыв границ зоны проводимости. [11]
Нитрид галлия.
Наиболее перспективный широкозонный полупроводник [12]. Совокупность свойств широкозонного материала и возможности формирования на нем гетеропереходов позволяют добиться уникальных характеристик: рабочее напряжение транзистора более 60 В, частоты до 70 ГГц, мощности до 200 Вт.
Рисунок 21 – «Значения выходной мощности GaN-транзисторов»
Факторы
успеха технологий GaN:
высокие значения удельной плотности
выходной мощности (
,
высокая рабочая температура до 500-600
;
удешевление приборов за счет применения
высокоомных кремниевых подложек; малый
шум в диапазоне частот 1-25 ГГц; создание
гибридных и монолитных микросхем.
Карбид кремния.
Также активно осваиваемый материал, но его главный недостаток – невозможность создания на нем гетероструктур. Низкая подвижность носителей заряда (370 см2/В*с) является причиной рабочих частот SiC-приборов (не более 4-7 ГГц). Однако, высокая плотность мощности, а также большая теплопроводность являются несомненными плюсами, заставляющими развивать данную технологию.
Фосфид индия.
Монолитные интегральные схемы и устройства на основе InP являются отличным решением для модулей, где требуется низкие значения шума. InP обладает достаточно высокими значениями подвижности носителей и относительно большую ширину запрещенной зоны. Как пример, HEMT-транзисторы на основе InP имеют низкий коэффициент шума, высокую выходную мощность, малое рабочее напряжение, высокий КПД и очень высокое быстродействие. Смесительные и PIN-диоды, выполненные по этой технологии, имеют очень малые потери и высокую граничную частоту.
Алмаз.
У данного материала выдающиеся электрофизические характеристики. При комнатной температуре ширина запрещенной зоны – 5,47 эВ, подвижность электронов и дырок – 1800 и 1200 см2/В*с. На таком материале можно создавать МДП-структуры с удельной плотностью мощности до 27 Вт/мм, плотностью носителей заряда в тонком слое до 1013 см-2, напряжением пробоя порядка 10 МВ/см и рабочими частотами до 100 ГГц. Очень важное свойство алмаза: выоская теплопроводность (20 Вт/К*см), что больше чем у GaAs в 30 раз. Алмаз можно применяться в качестве теплопроводящих подложек.
Основной проблемой использования алмаза являются сложности в его легировании. Легирующие примеси: бор (акцептор), азот, фосфор (доноры). Но в структуре алмаза энергии активации доноров высокие, значит, при комнатной температуре примесь не будет активироваться. Таким образом, подходящим остается лишь бор.
Алмазные структуры можно делать путем обработки поверхности пластины водородом, приводящее к появлению тонкого слоя с p-проводимостью.