ВВЕДЕНИЕ
Впоследнее время p-i-n- диод стал основным полупроводниковым элементом высокоскоростныхСВЧ-модуляторов. Это связано с рядом преимуществ p-i-n- диодов по сравнению с применяемымиранее варакторными диодами.
Припрямом смещении p-i-n- структуру обычно представляет собой активное сопротивление.При обратном смещения ее можно представить в виде последовательно соединенныхсопротивления и емкости. Резкое изменение импеданса полупроводниковой структурыp-i-n- диода и,следовательно, импеданса модулятора происходит вблизи точки нулевого смещения.При прямом смещении, начиная с некоторой величины Iпр, импеданс слабо зависит от тока. В обратносмещенномсостоянии емкость базы диода на единицу площади относительно мала и не зависитот напряжения смещения. Поэтому характеристики модулятора в обоих состоянияхсмещения на диоде выходят на насыщение и почти не зависят от параметровуправляющего сигнала. Вследствие этого колебания мощности падающего СВЧ-сигналаи температуры не приводят к значительным изменениям характеристик модулятора.Для варакторных диодов характерно плавное изменение импеданса, и характеристикиСВЧ-модуляторов с такими диодами в существенной степени зависят от напряжениясмещения. Поэтому при использовании варакторных диодов должны предъявлятьсяповышенные требования к стабильности параметров управляющего сигнала. Колебаниямощности СВЧ-сигнала и температуры влияют на характеристики таких модуляторов вбольшей степени, чем модуляторов на p-i-n- диодах. Кроме того, у варакторных диодов емкость на единицуплощади полупроводниковой структуры и последовательное сопротивление при малыхсмещениях относительно велики, что создает трудности при конструированиимодуляторов с малыми потерями СВЧ-мощности.
Поуровню коммутируемой мощности p-i-n- диоды превосходят варакторные диоды. Так, в линиях связидиапазона частот 10-20 ГГц типичное значение мощности СВЧ-сигнала на выходемодуляторов на диодах Шотки не превышает 100 мВт. Замена диода Шотки p-i-n- диодомпозволяет поднимать уровень выходной мощности фазового модулятора присохранении прежней скорости передачи информации.
Полупроводниковыеp-i-n- диодыиспользуются в аппаратуре, вырабатывающей электромагнитные колебания диапазонасверхвысоких частот (СВЧ), излучающей их в окружающее пространство в видерадиоволн и принимающей и преобразующей эти волны с последующим использованиемпреобразованного сигнала для управления исполнительными механизмами, а такжедля индикации и измерения радиосигналов.
Электромагнитные колебания диапазона СВЧ обладают рядом физических особенностей,благодаря которым они нашли применение в самых разнообразных направлениях наукии техники. Наиболее важно то, что эти волны по характеру распространенияприближаются к световым волнам (обладают квазиоптическими свойствами) испособны проникать сквозь всю атмосферу, включая верхние ионизированные слои.
Диоды просты конструктивно, имеют малые габаритные размеры и массу, потребляютнебольшую энергию, обладают высоким быстродействием и сравнительно недороги.
Повышение качества p-i-n- диода можетбыть связано с достижением более высоких параметров таких как, пробивноенапряжение Vпроб при обратном смещении, прямой токчерез диод Iпр, прямое и обратное сопротивлениепотерь tпр и tобр. Такая попытка проведена в даннойдипломной работе.
1 Физика и технология p-i-n— диодов для
высокочастотных применений
1.1 Физические явления в переключательных p-i-n— диодах
1.1.1 Вольт-амперная характеристика
Примоделировании процессов протекания тока в p-i-n- диодах, как правило, используютследующие допущения: ступенчатость распределения примесей на границах p-i и p-n-переходов; независимость подвижностии времени жизни носителей заряда от их концентрации; одномерность геометрии диодов.
P-i-n- диоды, предназначающиеся для высокоскоростной модуляцииСВЧ-мощности, обычно имеют тонкую базy: w
Неидеальностьпереходов характеризуется добротностями Вp и Вn, которые являются сложными функциями параметров р — и n — контактных областей и напряжения на переходах. С увеличением напряжениядобротность переходов падает. К снижению добротности приводит также нерезкостьреальных p-i- и i-n — переходов иналичие в них значительных концентраций рекомбинационных центров.
Взависимости от соотношения между рекомбинационными токами в базе р-i-n — диодаи в контактных областях на ВАХ р-i-n- диода можно выделить три типичныхучастка.
1)При малых плотностях тока коэффициенты инжекции р-i- и i-n — переходов близки кединице, преобладает рекомбинация в базовой области и ВАХ диода описывается зависимостьюпо Холлу[7,13,15,16,]
/>, (1)
где Iпр – прямой ток через диод;
Vпр – падение напряжения на диоде припрямом смещении;
q – зарядэлектрона;
k – постояннаяБольцмана;
Т –температура.
2) Помере уменьшения добротности переходов с возрастанием прямого смещения на диодестановится существенной инжекция носителей заряда в контактные области. Когдарекомбинационный ток в этих областях становится равным рекомбинационному току вбазе, ВАХ р-i-n- диода можно представить в виде[15]
/> (2)
КрутизнаВАХ на этом участке выше, чем на холловском.
3)При дальнейшем росте плотности тока, когда рекомбинация в низкоомных р- и n- областях начинает преобладать надрекомбинацией в базовой области, крутизна ВАХ p-i-n- диода уменьшается, и связьмежду током и напряжением на диоде принимает вид [13,15]
/> (3)
где V0 — сумма падений напряжения на контактах и разностипотенциалов Дембера.
Следуетотметить, что второй участок ВАХ имеет большую протяженность у диодов с меньшимзначением отношения w/Li, у р-i-n- диодов с w/Li ~1 такого участка ВАХ практически ненаблюдается.
Нарис.1 показана зависимость тока от напряжения быстродействующего переключательногоp-i-n- диода,предназначенного для высокоскоростной модуляции СВЧ-мощности в цифровыхсистемах связи [9]. Толщина базы диода около 2 мкм при диаметре p-i-n- структуры 30-35мкм. На ВАХ не наблюдается переход к квадратичному участку даже при плотноститока (4-6)*103 А/см2, что может свидетельствовать о высокойдобротности переходов и сравнительно большом времени жизни носителей заряда в i-области.Общий накопленный заряд QS есть сумма зарядов в i -области
и вp- и n- областях. Для симметричной моделидиода
/>, (4)
где Qi — накопленный заряд в базе диода;
QC-накопленный заряд в контактной области.
Уравнениенепрерывности для заряда, являющееся основой метода, в этом случае имеет вид
/>, (5)
где ti – время жизни носителей заряда в i- области при высоком уровнеинжекции;
/>
Рис.1. ВАХ быстродействующего переключательного p-I-n- диода.
/>
Рис.2. Стационарное распределение носителей и накопленных зарядов в базовой и контактныхобластях для симметричной модели p-i-n- диода.
tС – времяжизни носителей заряда в контактных областях.
Распределениеносителей заряда в базовой и контактных областях в стационарном состоянии длясимметричного случая показано на рис. 2. Со-
гласнораспределению Больцмана концентрация носителей в I – области на границе с р – областью связана с их концентрациейв p- области соотношением
/>, (6)
где р0– концентрация равновесных дырок в р- области;
V0p-I – контактная разность потенциалов на р –I – переходе;
Vp-I–внешнее напряжение на p-i- переходе;
pi, ni – концентрация электронов и дырок вбазе.
Аналогичноесоотношение выполняется и на I-n- переходе. Выражение (6) справедливодо тех пор, пока в р- области выполняется условие низкого уровня инжекции. С ростоминжекции в (6) p0необходимо заменить на p0+nC(p), где nC(р)– концентрация электронов, инжектированных в р-область, и зависимость (6)усложняется.
Для p-I-n- диодов с w
/> , где Vp-n– общая контактная разность потенциалов диода.
Учитывая(6), а также полагая одинаковую степень легирования р- и n- областей (p0=n0=NC), распределение носителей заряда в I –области может быть записано в виде(см. рис. 2)
/>, (7)
где NC – концентрация доноров(акцепторов) вконтактных областях;
Li –диффузионная длина носителей заряда в I- области;В контактных областях быстродействующих переключательных
p-i-n- диодов обычно выполняется условие низкого уровня инжекции.Поэтому распределение концентрации неосновных носителей описывается экспоненциальнымзаконом
/>, (8)
где w– толщина базы диода с учетом слоев обеднения. При прямом смещении этойпоправкой можно пренебречь даже для диодов с очень тонкой базой. Замена w* на wв (8) приводит к ошибке не более 10 % [5].
Выражениедля стационарных зарядов Qi0и QC0получается интегрированием (7) и (8). Используяуравнение непрерывности (5) в стационарном случае, можно получить соотношениямежду этими зарядами и напряжением на диоде [9,10]
QC0= A*q*NC*LC*V2, (9)
/>, (10)
/>, (11)
где А– площадь диода;
w – толщинабазовой области p-I-n- диода.
1.1.2Переходные процессы при подаче прямого смещения
Вслучае высокого уровня инжекции прямой переходный процесс в p-i-n- диоде можноусловно разделить m три фазы. Перваяфаза — установление квазинейтральности в базе диода. В течение этой фазы ток вбазе определяется в основном дрейфом носителей заряда. Вторая фаза – фаза, вкоторой преобладает амбиполярная диффузия носителей в квазинейтральной базе.Третья фаза — стационарное распределение носителей. Уравнение непрерывности длязаряда в базовой области диода с учетом утечек через переходы для симметричноймодели диода (b=1, Bp=Bn=BД ) может быть записано в виде [16]
/>, (12)
где QN — заряд ионизированных примесей вбазе;
BД – добротность переходов.
Для p-i-n- диодов сконтактными областями бесконечной протяженности влиянием металлическихконтактов на добротность переходов можно пренебречь. В этом случае эффективноевремя жизни носителей заряда tэ определяетсявыражением [12]
/>, (13)
где Dс — коэффициент диффузии носителей вконтактной области. При использовании параметра tэф уравнение (5) упрощается:
/> (14)
Еслис момента переключения в состояние с прямым смещением через диод протекаетпостоянный ток Iпр, решение уравнения (14) имеет вид
/> (15)
Встационарном состоянии QS= Inp*tэф. Эффективное время жизни может бытьопределено из измерений величины накопленного заряда при данной величине прямоготока.
Градиенты концентраций диффундирующих носителей заряда для симметричноймодели диода определяются из условия
/> (16)
Двадиффузионных потока квазинейтральной электронно-дырочной плазмы, движущиесянавстречу друг другу от краев базы, встречаются в центре базы в момент
tC=w2/8*D, (17)
где D = 2*b*Dp/b+1 – амбиполярный коэффициентдиффузии носителей заряда.
Если tC
/> (18)
Для t >> tC распределение носителей заряда вбазе можно считать однородным и
QS = A*q*w*pi(0) (19)
Еслипренебречь падением напряжения на i -области, то предполагая справедливость распределения Больцмана
Pi(0) = pi0*exp(q*Vp-i/k*T),
где pi0 — равновесная концентрация дырок в i-области, из выражений (15), (18),(19) легко определить падение напряжения на диоде при переходном процессе.
1.1.3 Переходные процессы при переключении от прямогосмещения к обратному
Процессрассасывания накопленных носителей заряда при переключении диода в состояние собратным смещением можно также характеризовать тремя основными фазами. Перваяфаза — фаза квази-нейтралъности, в течение которой происходит обеднениеносителями областей базы, прилегающих к границам p-i — и i-p- переходов. Вторая фаза — развитие областей объемногозаряда, возникающих у границ базы и разрастающихся к ее центру. В этих областяхток ограничен объемным зарядом. Третья фаза — фаза переноса, в которой послесмыкания областей объемного заряда из базы вытягиваются неравновесные электроныи дырки.
Процессвосстановления обратного сопротивления p-i-n- диода с учетом зарядов контактныхобластей может быть разделен на четыре фазы: фазу восстановления зарядовконтактных областей, фазу квазинейтральности процесса восстановления зарядабазы, фазу развития областей объемного заряда и фазу переноса.
Фазавосстановления зарядов контактных областей. В этот период ток поддерживается зарядом 2*QC. Первыми от неосновных носителейзаряда освобождаются слои, прилегающие к границам p-i-и i-n-переходов. Этот процесс подобен процессу в диодах с резким восстановлением [9].Так как граничные концентрации носителей заряда в базе диода и контактных областяхсвязаны между собой распределением Больцмана, то любое уменьшение концентрациинеосновных носителей заряда в контактных областях сопровождаетсясоответствующим уменьшением концентрации электронов и дырок в базе диода.Следовательно, в этот период времени наряду с зарядом контактных областей восстанавливаетсячасть заряда i-области. Однако эта часть мала посравнению с Qi0. Поэтому можно считать, что в течение этой фазы зарядQi0остается неизменным.
Прирасчете длительности фазы экспоненциальное распределение электронов и дырок вконтактных областях аппроксимируется треугольным распределением (pиc. 3) с тем же значением QС0 и с той же концентрацией носителей заряда на границах.Длительность фазы определяется временем t1, за которое концентрация неосновных носителей заряда награницах переходов (x = ±w/2) становится равной нулю. Градиентыконцентрации носителей заряда в момент t = t1 определяются токами Inp, и Iобр. За время t1 восстанавливается заряд 2*DQC1, который легко получить из геометрических расчетов (pиc. 3). Приравнивая 2*DQC1к Iобр*t1 можно получить трансцендентное уравнение для определения t1:
/>, (20)
где
/>,
/>
Фазаквазинейтральности процесса восстановления заряда базы начинается с момента t1 идлится до момента возникновения областей объемного заряда t2. В этомпериод времени градиенты концентрации носителей заряда в базе и на границахпереходов равны:
/>, (21)
где IC(t) — остаточный ток контактных областей.
Остаточныйток замедляет процесс восстановления заряда базы. При пренебрежении IC(t) время переключения и напряжение на диоде изменяется не болеечем на 10 %. Поэтому для практических оценок можно использовать упрощеннуюмодель переходного процесса, не учитывающую этот остаточный ток.
Распределениеносителей заряда в базе p-i-n- диода в момент окончания фазы квазинейтральности может бытьаппроксимирована либо трапецеидальным распределением (рис. 4, а), либотреугольным (рис. 4,6).
/>
Рис.3.Распределение носителей и заряда в контактной области во время восстановления зарядовэтой области.
/> />
Рис.4. Восстановление заряда i-областипри трапецеидальном (а) и треугольном (б) распределении носителей заряда.
Трапецеидальноераспределение реализуется при условии
/>, (22)
где l — длина верхнего основания трапеции.
Вэтом случае из геометрических расчетов нетрудно определить момент окончанияфазы t2, для трапецеидального распределения:
/> (23)
При l
/> (24)
Фазаразвития областей объемного заряда. При t>t2 условие квазинейтральности в базе не может выполняться длявсей i- области. У p-i- и i-n- переходовобразуется области объемного заряда, которые разрастаются в направлении ксередине i -области. При этом трапецеидальноераспределение переходит в треугольное (рис. 4а) в момент
/> (25)
Ширинуобластей объемного заряда характеризуют переменной координатой S(t), которую также можно определить из геометрических расчетов(рис. 5, а, б):
днятрапецеидального распределения
/> (26)
треугольногораспределения
/> (27)
Ввыражениях (26) и (27) момент окончания фазы развития областей объемного зарядаt3 и остаточный заряд в базе в момент t2 определяются выражениями
/> (28)
/> (29)
Вмомент t3 происходит смыкание областей объемного заряда. К этому временииз базы экстрагируется основная часть накопленного заряда.
Фазапереноса. В этойфазе из базы удаляются электроны и дырки, находящиеся в областях объемногозаряда [15]. Концентрацию их можно оценить из выражения для тока, ограниченногообъемным зарядом:
/> (30)
Кмоменту начала фазы в большей части базы дрейфовая скорость носителей зарядавыходит на насыщение (vдр»vт £ см/с). Поэтому длительность фазыпереноса определяется временем их пролета с максимальной скоростью расстояния,равного половине толщины базы:
t4-t3=w/2*vт (31)
При t³t4 база р-i-n- диода свободна от подвижныхносителей заряда и может быть представлена независящей от напряжения емкостью Сi=e*e0*A/w Обратный ток не может поддерживаться постоянным и уменьшатьсядо нуля.
Напряжениена диоде. В первыхдвух фазах напряжение на диоде изменяется от Vпр до Vобр(t2). Последняя величина невелика и определяется сопротивлениемконтактных областей и базы в момент t=t2. Для фазы развития областейобъемного заряда при m=const можно записать [15]
/> (32)
где S=S(t) и определяется(26) либо (27).
Выражениедля напряжения в фазе переноса можно получить интегрированием напряженностиполя по всей базе. Однако необходимость учета тока смещения значительноусложняет эту задачу, которая упрощается, если для оценки Vобр.B этот период времени воспользоваться линейной аппроксимацией Vобр(t).Анализ показал, что в фазе переноса напряжениена диоде возрастает от Vобр до 3/2 Vобр при t=t4. Поэтому можно записать
/> (33)
Такаяаппроксимация вполне оправдана, так как t4-t3
Для t>t4 напряжение на p-i-n- диоде увеличивается от Vобр(t4) до напряжения источника тока с постоянной времени tн=Rн*ci,
где Rн – внутренне сопротивление источникатока,
сi– емкость базы диода.
В ряде случаев, например, при оптимизации формы импульса тока управленияпереключательными р-i-n диодами и при анализе процессов взаимодействия p-i-n-диодов со схемой управления не требуется знание детального распределенияносителей заряда
в i-области. В этих случаях диод рассматривается как элемент цепи (емкость), в которомпроцесс накопления и рассасывания заряда описывается уравнением (14)[5,10,15,16].
1.2Технология быстродействующих p-i-n— диодов
1.2.1Структура р-i-n— диода и требования к параметрам
полупроводниковогоматериала [7,9,12,15,16]
Быстродействующиепереключательные p-i-n- диоды представляют собой собранные в корпуса или держателир-i-n структуры с тонкой (от 1 до 10 мкм) высокоомной ( r > 10 Ом*см) базовой i-областью n- или p-типа проводимости.Материалом базовой области обычно являются эпитаксиальные пленки кремния. Вкачестве низкоомных р- и n-областейиспользуются низкоомные подложки кремния, тонкие эпитаксиальные, диффузионныеили ионно-легированные слои. Площадь таких p-i-n- структур обычно составляет от2*10-7 до 8*10-5 см2
Дляминимизации вклада в tпр и tобр сопротивлений n- и p- областей толщину и удельноесопротивление последних стремятся делать минимальными. Кроме того, суменьшением rn и rp уменьшается сопротивление контактов к этим областям.
При эпитаксии вследствие автолегирования и диффузии примеси из подложкина границе раздела между низкоомной и высокоомной областями пластины образуетсяпереходной слой с переменной концентрацией примеси. Толщина его может бытьсравнима с размерами базы диода. Аналогичный слой образуется при созданиидиффузионного или эпитаксиального переходов в высокоомной пленке.
Неполное обеднение этих слоев при обратном смещении приводит к увеличениюобратного сопротивления потерь диодов. При прямом смещении из-за наличия переходныхслоев уменьшаются коэффициенты инжекции переходов. Поэтому при создании диодныхструктур принимаются специальные меры к увеличению резкости переходов.
Длятого, чтобы полное обеднение базовой области диода и переходных слоев былополучено при небольшом напряжении обратного смещения, удельное сопротивление i -слоя должно быть максимальнобольшим.
1.2.2Методы создания p-i-n— структур
Эпитаксиальныепленки Si для быстродействующихпереключательных диодов выращивают разложением SiCl4 [12], SiH4 [10], атакже методом молекулярно-лучевой эпитаксии [16,9]. Выращивание обычно проводятна подложках n- типа проводимости с удельнымсопротивлением 0,001- 0,003 Ом *см. При эпитаксии для уменьшения толщиныпереходного слоя между низкоомной подложкой и высокоомной пленкой принимают меры,снижающие эффект автолегирования. Для этой цели перед эпитаксиальным выращиваниемобратную сторону подложки маскируют нелегированным материалом, а процессэпитаксии проводят в два этапа. На первом этапе при высокой температуре выращиваюттонкий (около 0,4 мкм) слой нелегированного Si [10], на втором при более низкой температуре этот слойдоращивают до необходимой толщины. При пиролизе SiH4 в качествемаски может быть использован слой SiO2 для SiCl4предпочтительнее маскирование высокоомным слоем Si. Типичные значения толщины переходных слоев в пиролитическихэпитаксиальных структурах, используемых для создания БПД, лежат в пределах0,4-0,6 мкм.
Молекулярно-лучевая эпитаксия, проводимая в ультравысоком вакууме при сравнительнонизкой температуре (950-1050°С), позволяет уменьшить толщину переходного слояпримерно до 0,2 мкм.
Обычноp-i- переход создается низкотемпературной (Т=860-880°С) диффузиейбора на глубину 0,15-0,22 мкм. При изготовлении р-i-n- структур по технологииобращенной мезаструктуры подложку стравливают до -толщины примерно 10 мкм. Присоздании прямой мезаструктуры подложку также утончают.
Вкачестве контактов к сильнолегированным областям р-i-n- структуриспользуются тонкие слои Cr, Ti и Pd2Si.Контакты формируются в виде многослойных систем Ti-Au [15,16], Cr-Pd-Au [9,10]. Значения среднего удельного сопротивления этихконтактов rs=(rsp+rsp)/2для rp,rn£ 0,005 Ом*см сравнимы и примернопропорциональны сопротивлению p- и n- областей. При rn=0,0015Ом*см и rp = 0,001 Ом*см в диапазоне частот700-1700 МГц для всех типов контактов rsОм*см-2.
АдгезияTi и РdSi4 к Si лучше, чем Cr. Кроме того, для хромового контакта наблюдается аномальная зависимостьсопротивления от плотности прямого тока [7]. Недостатком Ti является его взаимодействие стравителем для кремния. Вследствие этого при формировании мезаструктурыкачество титанового контакта может существенно ухудшаться.
Типичныеварианты р-i-n- мезаструктур для быстродействующих переключательных диодовпоказаны на pиc.5.
/>
Рис.5. Варианты исполнения p-i-n- структур для быстродействующих переключательныхдиодов.
Дляполучения мезаструктуры, показанной на рис.5, а, после диффузии бора в i -слой подложку сошлифовываютпримерно до 10 мкм, создают металлические контакты и с помощью фотолитографииформируют ме-заструктуры по диаметру верхнего контакта (около 70 мкм). Доокончательного диаметра (17-20 мкм) дотравливают мезаструктуру после сборкидиода. Диодная структура (рис.5,6) получена по стандартной технологии обращенноймезаструктуры с интегральным теплоотводом. На рис.5, д показана p-i-n- структура в видепрямой мезаструктуры с балочными выводами. В такой конструкции металлическийконтакт расположен в непосредственной близости от мезаструктуры, что позволяетуменьшить вклад сопротивления подложки в полное сопротивление диода.
Технологияполностью эпитаксиальных p-i-n- структур [12]. На низкоомной, ориентированной в плоскости(100) n-подложке выращиваются последовательно р- слой толщиной около 5 мкм с rp£ 0,001 Ом*см, нелегированный i- слой (от 1 до 15 мкм) и тонкий (~1мкм) n- слой rn £ 0,0015 Ом*см. Такая структура эпитаксиальных слоевпозволяет, используя селективный травите ль, полностью стравить n- подложку иполучить однородные по толщине обращенные мезаструктуры с низким удельнымсопротивлением p- и n-областей (рис. 5, г).
Варианттехнологии изготовления прямой мезаструктуры для БПД подобен технологиисоздания p-i-n- структурыограничительного диода. В этом варианте высокоомный i- слой и низкоомный n- слой последовательно наращиваются на низкоомной подложке p- типа проводимости.
Дляполучения диодных структур с поверхностью, пассивированной термическим SiO2, на эпитаксиальный i- слой осаждается Si3N4 фотолитографией по Si3N4 формируются прямые мезаструктуры, затем проводится термическоеокисление боковой поверхности этих структур, удаляются остатки Si3N4 и в открывшихся, окнах создаются диффузионные р-i — переходы.
Существуеттехнология, которая заключается в создании p-i-n- структуры одновременной мелкойдиффузией доноров и акцепторов в высокоомную тонкую пленку Si. Технологическая схема этого методапредставлена на рис. 6. Исходные пластины представляют собой эпитаксиальные p-i- (или n-i-) –структуры. Всю подложку толщиной200-400 мкм стравливают химически в потоке газа либо электрохимически.Эпитаксиальную пленку утончают до 2-6 мкм. Диффузию B и P проводят одновременно из боро- и фосфоросиликатныхстекол, нанесенных на противоположные стороны пленки. После кратковременнойдиффузии (5-15 мин при 1100°С), при которой p-i- и i-n- переходы формируются на глубине от 0,5 до 1,5 мкм отповерхности, остатки стекол стравливают и на обе стороны напыляют металлическиеконтакты типа Ti-Au.Этот метод позволяет применить элементы планарной технологии,при этом SiO2используется в качестве диффузионной маски. Общий вид p-i-n-мезаструктуры,выполненной по планарной технологии, показан на рис.5, г.
Для получения высокой скорости переключения СВЧ-мощности разработаны [9]плананарные диоды «сотовой» структуры с диаметром р-i-перехода около 5 мкм и толщиной i -области около 1 мкм (рис. 5, е).В таких структурах p-i — переход формируется селективной имплантацией ионовбора в высокоомную эпитаксиальную пленку Si. Маской при имплантации служит слойSiO2.
Внекоторых случаях для уменьшения времени жизни носителей заряда p-i-n — структурылегируют золотом.
/>
Рис.6. Технологическая схема изготовления p-i-n- структур с диффузионными n- и р- областями.
1.2.3Конструкции р -i-n- диодов
Длявысокоскоростной модуляции СВЧ, используются как корпусные, так и бескорпусныеконструкции р-i-n- диодов (рис. 7). Монтаж диодов в кварцевый и металлокерамическийкорпуса обычно применяют для диапазона частот до 55 ГГц. На этих частотах могутбыть использованы и металлосапфировые корпуса. Для более высоких частот, гдетребуются малые значения СК, диоды обычно монтируют на штифте содной или двумя металлизированными кварцевыми опорами. При сборке«сотовой» структуры чип с рядом малых р-i-n- структурпомещается в держатель в виде волноводной вставки уменьшенного сечения, контактк структуре осуществляется тонкой иглой из золото-никелевого сплава.
Пассивацияp-i-n- структур лакамии SiO2 несколько ухудшает параметры диодов на СВЧ. Дляизбежания этого бескорпусные диоды монтируют в волноводном. модуле, которыйгерметизируется майларовым стеклом и заполняется инертным газом.
Дляоптимизации параметров СВЧ-модуляторов в каждом интервале частот требуютсявполне определенные величины СК и LS. Емкость СК можнорегулировать в широких пределах выбором геометрических размеров корпуса икварцевых опор. Индуктивность LSтакже можно варьировать изменением длины и количества выводов(монтажные лент) от верхнего контакта мезаструктур.
/>
Рис.7. Способы сборки быстродействующих переключательных р-i-n- диодов:
а) вкварцевый корпус, б) в металлокерамический корпус, в, г) на штифтах с одной идвумя металлизированными опорами, д) прямая мезаструктура с балочными выводами,е) «сотовая» структура.