Современная электроника №3/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 на рынок GaAs SBD для инверторов и конверторов с рабочими напряжени- ями до 600–800 В и рабочими токами на чип до 20–30 А при U RRM > 100–200 В c I Fmax до 100 А. Впервые с приём- кой заказчика (ОКР «Бадминтон») 50-амперные 70-вольтные SBD впер- вые были созданы по LPE-технологии в 80-х годах в СССР. Профиль распределения примесей в новых, изготовленных по авторской технологии структурах показан в мате- риалах SED-2019. Профиль проскани- рован на STM в одном из научных цен- тров Германии. Если сравнивать LPE GaAs SBD и Si SBD c U RRM =200 В (SiC SBD по техно- логическим причинам отсутствуют в диапазоне 100…400 В), то результат окажется впечатляющим. При сравне- нии GaAs SBD с 200-вольтовыми Si SBD фирмы Vishay (CША), последние могут показаться «динозаврами» (по меткому выражению представителей компании IBM, сравнивавших в 2015 году освоен- ные 7-нм чипы с 14-нм [11]). Особенность электронных LPE GaAs SBD состоит в том, что это циклоидные диодные структуры, где электроны из объёма накопленного заряда дрейфуют в катод по ярко выраженной циклоиде. Это происходит из-за наличия магнит- ных квантово-точечных центров, сни- жающих сечение захвата атомов решёт- ки. Имеет место деформация ионного радиуса атомов Ga и As, особенно атома Ga с ярко выраженными поляризован- ными свойствами, и, соответственно, увеличение эффективных длин пробега электрона без столкновений в твёрдо- вакуумном пространстве решётки GaAs. Что касается p-канальных LPE GaAs SBD. Разница работы выхода из метал- ла и GaAs практически идентична n-канальным, то есть классическим SBD. Однако общий потенциал U F сни- жается из-за разности электрохимиче- ских потенциалов SB-барьера и p-типа полупроводника. Поэтому ожидает- ся (на основе физических моделей), что у 100-вольтовых p-канальных LPE GaAs SBD U F будет примерно рав- но –(0,15…0,2) В, а у 600-вольтовых – не более –0,5 В. Естественно, на прямов- ключённых LPE GaAs противофазных полумостах с «нулевой точкой» можно получить как превосходные СВЧ-смеси- тели, так и усилители (в пределах сиг- нала U вх =–1…+1 В) с неплохими сим- метрично-запорными напряжени- ями. Прогнозируемые характери- стики переключения и коммутации n-канальных LPE GaAs SBD показаны в таблицах 3, 4, 5. В диапазоне частот 10 0 –10 7 Гц сило- вые SBD-диодымогут быть выполнены в вертикальном исполнении, а в сред- нем и дальнем СВЧ-диапазоне – только горизонтальные конструкции чипа (оба вывода – на планарной стороне чипа). Инжекционно-униполярные гетероструктурные диоды Шоттки (HJSBD) В перспективе униполярные дио- ды с плотностями прямовключённых токов могут в разы превышать плотно- сти прямых токов SiC SBD и GaN SBD. При этом высоковольтные конструк- ции по плотности токов приблизятся к p-i-n-диодам, опережая их по быстро- действию на полтора порядка. Физическая модель таких диодов на десятки ампер и U RRM до 1200 В опубли- кована в материалах IEEE по результа- там семинара SED-2019 [12]. Такие диоды с уровнемблокирующегонапряжения до 1200Випри I F внесколькодесятковампер, авимпульсномрежимекакминимум–на полпорядка выше частотные свойства. Вчастности, коммутациидо10МГцивыше исключительноперспективныдлянового поколенияконверторовподобеспечение терагерцовыхцифровыхсистем6Gидаль- негоСВЧ-диапазона (100–300 ГГц). Что касается p-канальных HJSBD, то для этого есть все условия с учётом упо- мянутых LPE-структур: ● вертикальных, на основе структур p + -p-i (они имеются в серийном ис- полнении); ● горизонтальных, на основе p – -MOCVD-слоёв на базовых струк- турах n + -n – . 600-вольтовые p-типа LPEGaAs HJSBD c p + -инжектором в i-области, как ожи- дается, смогут показать себя не хуже 600-вольтовых SiC SBD, с той лишь разни- цей, что частотыкоммутацииожидаются в разывыше, ипри этомрабочая темпе- ратураGaAs HJSBD-чипов будет удвоена. Оценочная характеристика пара- метров 1200-вольтового GaAs HJSBD приведена в вышеуказанных матери- Таблица 4. Сравнительные характеристики LPE GaAs SBD (400 В) Тип, класс приборов T j (°C) I rr , A t rr , нс Q rr , гКл Условия испытаний LPE GaAs SBD* 25 300 0,4 0,4 ≤ 3 ≤ 3 2,5 2,5 U R = 200 В; I F = 4 A; di/dt = 200 A/мкс LPE n-i-p GaAs* 25 300 < 1 < 1 ≤ 5 ≤ 5 ≤ 10 ≤ 10 U R = 200 В; I F = 15 A; di/dt = 200 A/мкс * прогноз Таблица 5. Сравнительные характеристики LPE GaAs SBD, LPE GaAs n-i-p, HEED с Si-SBD (200 В) Тип, класс приборов T j (°C) I rr , A t rr , нс Q rr , гКл Условия испытаний LPE GaAs SBD* 25 300 0,2 0,2 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 U R = 110 В; I F = 4 A; di/dt = 200 A/мкс HEED GaAs (металл – база)* 25 300 0,1 0,1 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 U R = 110 В; I F = 4A; di/dt = 200 A/мкс LPE n-i-p GaAs* 25 300 ≤ 0,8 ≤ 0,8 ≤ 3 ≤ 3 ≤ 8 ≤ 8 U R = 110 В; I F = 15 A; di/dt = 200 A/мкс Si SBD (TMBS) [16] 25 175 2,4 3,8 ≤ 10 ≤ 15 ≤ 15 ≤ 25 U R = 110 В; I F = 4 A; di/dt = 200 A/мкс * прогноз Таблица 6. Сравнительные характеристики GaAs HJSBD и GaN SBD (50 В) Тип, класс приборов T j (°C) I rr , A t rr , нс Q rr , гКл Условия испытаний GaN SBD* 25 175 0,15 0,15 ≤ 0,3 ≤ 0,3 ≤ 2 ≤ 2 U R = 24 В; I F = 4 A; di/dt = 200 A/мкс GaAs HJSBD* (горизонтальные) 25 300 < 0,1 < 0,1 ≤ 0,1 ≤ 0,1 ≤ 0,5 ≤ 0,5 U R = 24 В; I F = 4 A; di/dt = 200 A/мкс GaAs HJSBD* с металлической базой 25 300 << 0,1 << 0,1 << 0,1 << 0,1 < 0,1 < 0,1 U R = 24 В; I F = 4 A; di/dt = 200 A/мкс * прогноз