Технические науки/Электротехника и радиоэлектроника

Скубо В.В., Федин И.В.

Научный руководитель Ерофеев Е. В., к.т.н.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Россия, г. Томск

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ПАРАМЕТРОВ GАAS СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Объектом исследования в работе являлись мощные СВЧ - транзисторы с высокой подвижностью электронов на основе гетероструктур GaAs, применяющиеся в СВЧ - усилителях мощности. Для испытаний было выбрано 28 транзисторов с различной шириной затвора (100, 120, 300, 450 мкм).

В работе исследовалась температурная стабильность следующих параметров: максимального тока стока, крутизны ВАХ, сопротивления в открытом состоянии, напряжения пробоя и поверхностного сопротивления активного слоя омических контактов. Арсенид галлиевую пластинку с транзисторами отжигали 10, 20, 30 и 60 минут галогеновыми лампами в среде высокого вакуума (не хуже 5*10^-6 мбар), в диапазоне температур 300 – 400 ⁰С.

На рис. 1 представлены зависимости максимального тока стока от времени отжига (0, 10, 20, 30 и 60 мин.) транзистора с шириной затвора 100, 120, 300, и 450 мкм.

Рисунок 1 – Зависимость максимального тока стока от времени отжига транзисторов с шириной затвора 100, 120, 300, 450 мкм

Из графика зависимости тока стока от времени термической обработки видно, с увеличением времени отжига максимальный ток стока уменьшается, что может являться следствием увеличения сопротивления транзисторов в открытом состоянии.

На рис. 2 показаны зависимости крутизны ВАХ от времени отжига транзисторов с шириной затвора 100, 120, 300 и 450 мкм.

Рисунок 2 - Зависимость крутизны ВАХ от времени отжига транзисторов с шириной затвора 100, 120, 300, 450 мкм

Из рис. 2 видно, что крутизна ВАХ с увеличением времени термической обработки уменьшается, так как крутизна пропорциональна току стока и, следовательно, обратно пропорциональна сопротивлению транзистора.

Зависимость сопротивления в открытом состоянии транзистора с толщиной затвора 100, 120, 300 и 450 мкм от времени термической обработки представлена на рис. 3.

Рисунок 3 - Зависимость сопротивления в открытом состоянии транзистора с толщиной затвора 100 , 120, 300, 450 мкм от времени отжига

Из рис. 3 видно, что сопротивление транзисторов в открытом состоянии увеличивается с увеличением времени отжига, что можно объяснить термической деградацией на транзисторе.

На рис. 4 представлена зависимость напряжения отсечки транзисторов с различной шириной затвора от времени температурной обработки (а) и зависимость поверхностного сопротивления активного слоя омических контактов от времени отжига (б).

Рисунок 4 – Зависимость напряжения отсечки (а) и поверхностного сопротивления активного слоя омических контактов от времени отжига транзисторов

Из рис. 4 (а) очевидно, что напряжение пробоя транзисторов с различной шириной затвора от времени тепловой обработки уменьшается, что является следствием деградации транзисторов.

Из рис. 4 (б) видно, что поверхностное сопротивление омических контактов увеличивается с увеличением времени термической обработки, что можно объяснить опять-таки деградацией транзисторов.

Заключение

В итоге, из 28 выбранных транзисторов испытания прошли 21 транзистор, что говорит о низкой стойкости к термической обработке и прочности GaAs СВЧ гетероструктурных транзисторов. Причиной этого является термическая деградация транзисторов, то есть отклонение характеристик прибора со временем, в результате выдержки их в определенной температуре.