Структуры ИС на полупроводниках AIIIBV.

Приборы и интегральные схемы на полупроводниках A^IIIB^V, в частности GaAs служат элементной базой сверх–скоростной и СВЧ–электроники. Рабочая частота приборов на GaAs достигает более 40 ГГц.

Кроме обычных приборов получаемых на основе Ge ( биполярных, полевых транзисторов и т.д.) на основе арсенид галлия создают функциональные приборы использующие физические эффекты возникающие в этом материале. Ниже приведены некоторые структуры которые используются в ИС на основе GaAs.

Транзистор бегущей волны. Этот прибор представляет собой устройство с барьером Шотки. Барьер Шотки предназначен для стабилизации усилителя на междолинном переходе электронов. Структура этого прибора приведена на рис. 38. Такой транзистор работает в широком диапазоне частот с усилением 12 дБ и обратным затуханием ~ 32 дБ. Изменяя напряжение на затворе можно увеличить усиление до 35 дБ.

Полевые транзисторы с затвором Шотки. На рис. 39 показаны основные типы структур полевых транзисторов на основе GaAs. Полевые транзисторы могут быть выполнены с углублением по затвор или без него. В ряде случаев для уменьшения последовательного сопротивления истока и стока используют с помощью ионной имплантации создается n⁺ – область под омические контакты. Величина и форма углубления сильно влияет на значение напряжения пробоя сток–затвор. Напряжение пробоя можно значительно увеличить, если расстояние от стока до затвора сделать больше, чем размер стационарного домена сильного поля, который формируется на затворе со стороны стока.

Полевые транзисторы с селективным легированием. Полевые транзисторы на гетероструктурах с селективным легированием относятся к наиболее быстродействующим полупроводниковым приборам. Время переключен приборов на таких транзисторах составляет примерно 10 пс. На основе этих приборов создаются запоминающие устройства с произвольной выборкой емкостью до 4 К.

Полевой транзистор с селективным легированием представляет прибор на гетероструктурах, в которых используется высокое значение подвижности и дрейфовой скорости двумерного электронного газа, формирующегося у границы раздела двух полупроводниковых материалов (как правило, у сильнолигированного AlGaAs и нелигированного GaAs). На рис. 40 приведены конструкции полевого транзистора.

Используя данную структуру можно на одном кристалле получить комплементарные полевые транзисторы с селективным легированием. В этом случае используются транзисторы с изолированным затвором, на основе приборов p– и n–типа в гетероструктурах на AlGaAs–GaAs. Такая технология позволяет создавать быстродействующие логические устройства с малой рассеивающей мощностью для СБИС.

Биполярные транзистор. Для создания качественных транзисторов на основе GaAs используют гетероструктуры. Из–за большей ширины запрещенной зоны эмиттера инжекции заряда из базы в эмиттер подавляется, что обеспечивает высокий коэффициент инжекции, близкий к единицы. В биполярных транзисторах на основе перехода AlGaAs– GaAs коэффициент усиления по току составляет 3000. Помимо этого уровни легирования эмиттера и базы могут быть заданы независимо друг от друга: уменьшение уровня легирования эмиттера и увеличения его в базе приводит к меньшей величине сопротивления растекания базы и меньшей емкости база–эмиттер. Все перечисленные факторы вносят вклад в повышение скорости работы транзистора.

Цифровые схемы на основе таких транзисторов обладают однородностью пороговых напряжений и высокой нагрузочной способностью. Недостатком этой структуры является сложная технология получения.

На основе арсенид галлия можно создавать экзотические приборы: вертикальные баллистические транзисторы; транзисторы на горячих электронах; биполярные гетеротранзисторы; транзисторы с проницаемой базой; самосовмещенный двухсеточный транзистор с проницаемой базой; вертикальный полевой транзистор, а также функциональные приборы (приборы задания формы тока; приборы временного уплотнения импульсов и т.д.).