Современная электроника №5/2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 55 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2023 потенциалов относительно катода на анодную и затворную активные обла - сти происходит инжекция дырочных носителей заряда в зону канала катод - анод с одновременной термоэмиссион - ной ( на начальной стадии ) и инжекци - онной поставкой электронов в канал катод - анод для создания нейтраль - ной проводящей электронно - дыроч - ной плазмы ( ЭДП ) в n- канале , вслед - ствие чего его проводимость возрастёт на порядки . Но имеются и существен - ные отличия . 1. На зонной диаграмме видно , что из - за наличия гетеропереходного n + - эпитаксиального слоя резко снижа - ется барьерный потенциал ϕ p-n затвор - катод , а это означает резкое сниже - ние динамических потерь при подаче импульсного тока прямого смещения через затвор - канал , что повысит КПД коммутации ТЭУ . 2. Катод выполнен в виде изотипно - го гетероперехода n + -AlGaAs − n-GaAs, который представляет собой униполяр - но - инжекционный диодный переход , т . е . n- канальная область , в принци - пе , даже при отсутствии инжекции на p + -n- переходе затвор - канал , может модулироваться достаточно плотной инжекцией электронов из гетерос - лоя с уровнем энергии от 1,6 до 1,8 эВ , с диффузионной длиной электронов Ln до 30…60 мкм , что на 0,17…0,37 выше , чем в n- канальной области , и к тому же с большой глубиной модуля - ции проводимости в канале σ = qn μ n , где q – заряд электрона , n – концен - трация инжектированных носителей заряда , μ n – подвижность электронов . 3. В связи с тем , что соотношение μ n GaAs / μ n Si ≈ 6,6, а в кремниевом кана - ле ( без инжекции дырок из затво - ра ) при полевом воздействии катод - анод доминирует термоэмиссионный механизм , который хорошо раскрыт в монографиях по диодам Шоттки , или , иными словами , протекание тока в кремниевом n + -n- р + - канале будет представлять собой не что иное , как перенос тока в слаботочном ста - бисторе с насыщением тока вслед - ствие насыщения подвижности элек - тронов . В отличие от кремниевого n + -n- типа катода , в нашем случае из катода n + -AlGaAs/n-GaAs будет наблю - даться мощная инжекция электронов изотипного перехода в n- типа канал . Образуется высокоплотная электрон - но - дырочная плазма ( ЭДП ). Электронно - дырочная плазма в GaAs канале очень подвижна из - за высокой амбиполярной подвижности электрон - но - дырочных носителей заряда . При подаче запирающего напря - жения (U з < 0 В ) на p + - затвор будет происходить процесс релаксации ЭДП - заряда с дифференцирован - ным вытеканием дырок в затвор - ную область , электронов – в анод - ную область , а также с процессами рекомбинации носителей заряда ( зона / зона ); зона – рекомбинацион - ные центры в запрещённой энерге - тической зоне . Например , на атомах кремния , являющегося катализа - тором LPE (Liquid-Phase Epitaxy) – жидкофазного эпитаксиального про - цесса . При запорном ( отрицательном ) напряжении на затворе после релак - сации ЭДП в истоковой области между затворами p + - типа возникает область пространственного заряда , блокиру - ющая протекание тока в канале меж - ду гетероистоком n + -AlGaAs/n-GaAs и GaAs р + - анодом . Конкретный пример исполнения AlGaAs/GaAs ТЭУ состоит в следую - щем . На р + -GaAs монокристаллической подложке после химико - динамиче - ской полировки ( ХДП ) пластины , в частности , на установке Logitech в реакторе кварцевой трубы с задан - ным градиентом температуры в пре - делах 750…900° С , из расплава GaAs ( источник атомов As) и Ga выращива - ется эпитаксиальный слой GaAs n- типа проводимости . Концентрация доноров N D контро - лируется уровнем лигатуры атомов Si, Te или Sn. В частности , как пра - вило , N D регулируется в пределах 1014…1015 см –3 , с толщинами эпитак - сиального слоя от 10 до 50 мкм , что соответствует диапазону электропроч - ности p-n- перехода ( затвор - сток ) в пре - делах максимальных напряжений про - боя U проб . СИ = 200…800 В . Затворная p + - область создаётся мето - дом диффузии атомов Zn ( из насыщен - ного цинком графита ) в среде водорода через маску из плёнок Si 3 N 4 толщиной от 0,3 мкм ( нитрида кремния с усиле - нием в некоторых случаях дополни - тельным оксидным слоем кремния SiO 2 , осаждённого газофазным мето - дом , толщиной от 0,5 мкм ). Расстояние L n ( ширина канала под катодом ) между p + - затворными обла - стями при проектировании полоско - вой топологии катода и затвора тран - зистора выбирается из условия : , где ϕ T – собственный потенциал p + -n- перехода , который рассчитывается по формуле : , где k – постоянная Больцмана ; T – тем - пература по Кельвину ; N D – концентра - ция донорной примеси в n- типа кана - ле ; N A – концентрация акцепторной примеси в p + - типа затворе ( справочно : при T = 25°C значение = 0,026 эВ ). Исходя из вышеприведённых фор - мул , n- типа канал под гетерофаз - ным катодом при U ЗИ > 0 В открыт и является проводящей областью ; при U ЗИ << 0 область канала под гетеро - истоком становится не проводящей для потока электронов , а изотип - ной . n + -AlGaAs/n-GaAs переход будет закрыт для инжекции электронов . Эпитаксиальный AlGaAs слой тол - щиной 1...3 мкм выращивается либо LPE, либо MOCVD- методом , легирует - ся атомами теллура или олова с уров - нем концентрации примеси выше , чем 10 18 см –3 . Для снижения прямых потерь напря - жения на омических контактах на Рис . 6. Зонная энергетическая диаграмма c истемы n + -Si – n-Si – p + -Si катодной области кремниевого ТЭУ Рис . 7. Зонная энергетическая диаграмма системы n + -AlGaAs – n-GaAs – p + -GaAs катодной области GaAs ТЭУ (6) (7)