Современная электроника №5/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2020 ровальную эмульсию, состоящую из полиорганосилоксановой жидкости и мелкозернистого порошка искус- ственного алмаза. За счёт трения, возникающего при взаимодействии алмазной поверхности и полирую- щего чугунного круга при его враще- нии с частотой 100 об/мин, удалось уменьшить шероховатость поверх- ности алмазного слоя. Съём поверх- ности алмаза за 2 ч составил 10 мкм. Шероховатость поверхности не пре- вышала 0,02 мкм. Для проверки возможности изго- товления ГИС СВЧ и обеспечения тре- буемых электрофизических параме- тров устройства на алюмонитридной подложке с отверстиями, заполнен- ными алмазом, была разработана пла- та-усилитель мощности СВЧ в диапазо- не частот 9...10,5 ГГц с использованием мощных нитридгаллиевых транзисто- ров. Учитывая, что диэлектрическая проницаемость нитрида алюминия составляет 8, а у алмаза при комнат- ной температуре в диапазоне частот 0…3 кГц – 5,6 [7], были проведены изме- рения диэлектрической проницаемо- сти слоистой структуры, после чего рассчитали размеры микрополоско- вых линий и изготовили фотошабло- ны. Последовательность операций и вся разработанная технологическая схема изготовления платы усилителя мощности СВЧ показана на рисунке 8. В соответствии с технологической схемой изготовления на подготовлен- ные поверхности подложек с алмазны- ми слоями с обеих сторон наносили металлизационную структуру сна- чала путём последовательного напы- ления в вакууме резистивного слоя, а затем двухслойного покрытия, состо- ящего из адгезионного подслоя тита- на и электропроводного слоя палладия, которое в дальнейшем покрывалось защитным слоем гальванического зо- лота. Подложки предварительно про- ходили ионную очистку при средней энергии ионов аргона 1 кэВ в тече- ние 3–5 мин. Напыление проводи- лось с использованием установки магнетронного напыления «Орато- рия-9». На полированные поверхно- сти поликристаллического алмаза сначала напыляли через маску рези- стивные элементы из сплава РС-3710 адгезионный подслой титана толщи- ной 0,002...0,003 мкм, затем проводя- щий слой палладия толщиной 2...3 мкм и никеля толщиной 0,2...0,3 мкм, после чего гальваническим методом нано- сили слой золота толщиной 1...3 мкм. Топологический рисунок проводя- щих плёночных элементов, контакт- ных площадок, технологических про- водников и экранной заземляющей металлизации ГИС СВЧ формирова- ли методом фотолитографии. Такая металлизационная структура позво- лила обеспечить контакт структуры к алмазу с высокой адгезией: среднее значение усилия отрыва структуры от слоя алмаза составило 734 кгс/см 2 . На подготовленные подложки с алмазными слоями и металлизаци- онной структурой на лицевой сторо- не подложки с топологическим рисун- ком схемы на контактные площадки, расположенные над отверстиями и заполненные алмазом, монтировали навесные конденсаторы и кристаллы мощных СВЧ-транзисторов из GaN. Помимо электрического контакта с элементами схемы обеспечивался ещё и тепловой контакт с алмазным столбиком, размещённым в отверстии подложки, для высокоэффективно- го отвода тепла. Такая многослойная структура из алмазных слоёв, нане- сённых с обеих сторон алюмонитрид- ной подложки и находящихся друг с другом в двойном тепловом контак- те (через керамику из нитрида алю- миния и столбики алмаза в отверсти- ях), позволяет эффективно отводить тепло от кристаллов мощных СВЧ- транзисторов из GaN. Отвод тепла осу- ществляется независимо от линейных размеров, так как в данном конструк- тивном варианте подложки при увели- чении размеров кристаллов мощных СВЧ-транзисторов из GaN (источни- ков тепла) не нужно пропорциональ- но увеличивать толщину алмазного Рис. 7. Алюмонитридные подложки с отверстиями 0,3 мм, заполненными алмазом Рис. 5. Поверхность AIN-подложки с отверстиями разных размеров, покрытыми поликристаллическим алмазом со стороны входа лазерного луча: а) отверстие диаметром 1 мм; б) отверстие диаметром 0,6 мм Рис. 6. Поверхность AIN-подложки с отверстиями разных размеров, покрытыми поликристаллическим алмазом со стороны выхода лазерного луча: а) отверстие диаметром 0,3 мм, увеличение × 60; б) отверстие диаметром 0,3, увеличение × 150 а а б б 1,493 мм 1,127 мм 822,722 мкм 430,029 мкм 34,673 мкм 138,692 мкм