Организация и обеспечение эффективного функционирования промышленно-инновационной системы серийного производства новых разработок мощных полевых транзисторов на арсениде галлия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.22, кандидат технических наук Буробин, Валерий Анатольевич

• Буробин, Валерий Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Буробин, Валерий Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. Исследование и развитие физико-технических принципов функционирования мощных полевых транзисторов с барьером Шоттки

МПТШ) на арсениде галлия.

• 1.1 .Анализ перспективных конструкций, материалов и технологий

1.2. Теоретический расчет и анализ статических и динамических характеристик МПТШ на арсениде галлия.

1.2.1. Анализ вольтамперных характеристик МПТШ.

1.2.2. Аналитический расчет основных характеристик МПТШ.

1.3. Выводы по главе.

2. Алгоритм построения и конструкторско-технологические принципы поэтапного проектирования применительно ко всем основным этапам полного жизненного цикла МПТШ.

2.1. Анализ и оптимизация основных характеристик и конструкции МПТШ.

2.2. Разработка конструкции, математический расчет и оптимизация основных характеристик базовой ячейки и всего кристалла МПТШ.

2.3. Выводы по главе.

3. Разработка промышленных технологий, организация и обеспечение эффективного функционирования промышленно-инновационной системы серийного производства МПТШ.

3.1. Создание промышленных технологий МПТШ.

3.1.1. Метод многостадийной протонной бомбардировки эпитаксиальных слоев арсенида галлия для улучшения планарности кристалла.

3.1.2. Разработка процессов нанесения низкотемпературных комбинаций диэлектриков и металлизаций для снижения паразитных параметров.

3.1.3. Разработка и оптимизация технологии «взрывной» фотолитографии для оптимизации топологических профилей кристалла.

3.2. Разработка оптимального технологического маршрута изготовления МПТШ.

3.3. Разработка и освоение производства новых конструкций корпусов.

3.4. Технологические процессы монтажа и присоединения выводов кристаллов МПТШ.

3.5. Комплексная система управления качеством и надежностью МПТШ.

3.5.1. Методика многоступенчатого технологического контроля, для оптимизации технологического маршрута.

3.5.2. Физико-технический подход обеспечения надежности.

3.6. Выводы по главе.

4. Промышленно-инновационный подход к восстановлению и модернизации серийного производства.

4.1. Метод инновационных преобразований в процессе восстановления и модернизации производства МПТШ.

4.2. Конструктивно-технологические аспекты восстановления производства.

4.3. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Организация и обеспечение эффективного функционирования промышленно-инновационной системы серийного производства новых разработок мощных полевых транзисторов на арсениде галлия»

Актуальность работы

Современный уровень достижений в области разработок и производства СВЧ электронных твердотельных компонентов (ЭТК) и радиоэлектронной техники на их основе, являются одними из главных показателей принадлежности общества к высокоразвитому информационно-технологическому ' международному сообществу. Несмотря на катастрофический обвал промышленности последних 15 лет, по отношению к СВЧ электронным компонентам оставалось незыблемым требование сохранения минимально необходимого критического научно-промышленного потенциала, обеспечивающего экономическую, технологическую и военно-техническую независимость России. Более того, эти требования ужесточались, исходя из понимания:

- первостепенной важности СВЧ электронных твердотельных компонентов для создания опережающих по тактико-техническим характеристикам комплексов как радиоэлектронных, так и всех видов интеллектуальной военной техники;

- невозможности или нецелесообразности их закупки за рубежом в отличие от большинства других военно-технических направлений обеспечения комплектующими изделиями по соображениям оборонной, технологической и экономической безопасности.

Технологические приоритеты научно-технического развития радиоэлектронного комплекса на среднесрочную и долгосрочную перспективу до 2020 года выражены в поддержке и развитии критических и прорывных технологий федерального уровня, в первую очередь, на развитии технологий создания СВЧ ЭТК для следующих наиболее перспективных направлений: технологии твердотельной СВЧ техники; субмикронной технологии микроэлектроники и наноэлектроники; технологии многокристальных сборок и систем на пластине.

На основе СВЧ ЭТК в настоящее время разработаны и продолжают совершенствоваться миниатюрные и надежные приемопередающие модули для твердотельных радиолокационных станций (PJIC). Наземные, морские, авиационные и спутниковые PJIC позволяют решать многофункциональные задачи: от управления воздушным движением до обнаружения целей на больших расстояниях. На их основе совершенствуются также спутниковые системы связи; радио и цифровое телевидение.

За последние десятилетия в области диапазонов частот от единиц до сотен гигагерц и' мощностей от милливатт до сотен ватт используются разнообразные полупроводниковые технологии и материалы. С точки зрения полупроводниковых материалов в настоящее время на рынке СВЧ-электроники безраздельно доминируют приборы на арсениде галлия.

В силу своих электрофизических параметров арсенид галлия позволил расширить по сравнению с кремнием как верхний рабочий температурный диапазон до 150-200°С, так и верхний диапазон рабочих частот до 90 ГГц за счет более высокой - в два раза - дрейфовой скорости и в несколько раз - подвижности электронов, а также ширины запрещенной зоны (Е =1,43 эВ). Высокие электрофизические параметры арсенида галлия, а также возможность создания гетеропереходных структур типа AlGaAs/GaAs и других соединений А В позволили создать СВЧ диоды, транзисторы, интегральные схемы с улучшенными характеристиками.

Основные типы транзисторов в этой области — это традиционные полевые малошумящие и мощные транзисторы с барьером Шоттки (MESFET, ПТШ и МПТШ), полевые транзисторы с гетеропереходом (НЕМТ или ГПТШ), а также биполярные транзисторы с гетеропереходом (НВТ).

Современные СВЧ мощные полевые транзисторы на арсениде галлия с барьером Шоттки (МПТШ) применяются в различных областях твердотельной СВЧ - электроники. Выходная мощность таких транзисторов может изменяться от десятков милливатт до десятков ватт при коэффициенте полезного действия (КПД) от 10 до 60%. Широкое распространение получили транзисторы с внутренним согласованием нескольких кристаллов, с импедансами по входу и выходу приближенными к 50 Ом.

Процессы изготовления МПТШ и ПТШ, в целом, совпадают, так как МПТШ представляют собой множество параллельно объединенных базовых ячеек малошумящих ПТШ. Однако, в отличие от малошумящих ПТШ мощные транзисторы должны обеспечивать: высокие пробивные напряжения (более 25 В), низкое значение остаточного напряжения (< 2 В) в режиме насыщения при максимальных токах (более 12А); выдерживать воздействие статического электричества (до 4 кВ); большие мощности рассеивания (до 60 Вт); широкий температурный диапазон (- 60 до + 175 С).

Определяющую роль для обеспечения функционирования МПТШ при высокоэнергетических режимах эксплуатации играют следующие физико-технологические эффекты - перегрев канала, электромиграция металлов при воздействии времени и температуры, образование домена Ганна в области между затвором и стоком, зависимость пробивных напряжений затвор-исток, затвор-сток и исток-сток от геометрических размеров и уровня легирования, работа транзистора в области положительных значений напряжения на затворе.

Вследствие этого, с точки зрения физических процессов, происходящих в рабочем режиме, МПТШ являются значительно более сложными по функциональным и технологическим особенностям и, следовательно, более сложными с точки зрения разработки транзисторов с оптимальными параметрами.

Повышенные требования к обеспечению электрофизических характеристик, стабильности эксплуатационных параметров современной радиоэлектронной аппаратуры и ее важнейшей функциональной составляющей - СВЧ электронных твердотельных компонентов выдвигают проблему обеспечения качества и надежности МПТШ на арсениде галлия, соответствия их современным техническим и технологическим требованиям. Повышение конкурентоспособности СВЧ МПТШ возможно в современных условиях на базе развития инновационной деятельности. Одним из главных направлений развития и стимулирования инновационной деятельности является создание инновационной инфраструктуры, результатом эффективного функционирования которой является увеличение объемов наукоемкой продукции. Процесс создания нового (инновационного) прибора проходит все стадии полного жизненного цикла изделия, начиная с выдвижения идеи и разработки прототипа к серийному производству, поставке и эксплуатации у потребителей.

При этом необходимо комплексно учитывать в процессе создания нового (инновационного) прибора вышеперечисленные определяющие физико-технологические эффекты и механизмы, начиная с выбора исходных материалов, конструкции изделия и обеспечения необходимых технологических запасов вплоть до принципов организации и обеспечения эффективного функционирования промышленно-инновационной системы серийного производства МПТШ на арсениде галлия. Работы по решению этих задач продолжаются на всех стадиях жизненного цикла изделия, начиная < с этапов исследования и проектирования, вплоть до финишного контроля, производственных испытаний и данных из сфер эксплуатации.

На основании вышеизложенного, очевидна актуальность исследований по разработке новых конструкций МПТШ, организации и обеспечению эффективного функционирования промышленно-инновационной системы серийного производства качественных и надежных арсенидгаллиевых МПТШ, соответствующих современным техническим и технологическим требованиям. Цель работы

Целью данной работы является на основе исследования и развития физико-технических принципов функционирования МПТШ создание новых конструкций и высокоэффективных промышленных процессов и технологий, реализация разработанного алгоритма поэтапного проектирования и комплексной системы управления качеством, организация и обеспечение эффективного функционирования, промышленно-инновационной системы серийного производства СВЧ мощных полевых транзисторов с барьером Шотгки (МПТШ) на арсениде галлия с заданным уровнем электрофизических характеристик и эксплуатационных параметров.

Научная новизна

1. Сформирована широкая номенклатура новых перспективных типов электронных компонентов — мощных СВЧ полевых транзисторов с барьером Шоттки на арсениде галлия (МПТШ), позволившая обеспечить развитие критических и прорывных технологий при производстве радиоэлектронной аппаратуры и систем общего, двойного и специального назначений.

2. На основе исследования и развития физико-технических принципов функционирования МПТШ, создания новых перспективных конструкций и высокоэффективных промышленных процессов и технологий, реализации разработанных алгоритмов поэтапного проектирования применительно ко всем основным этапам полного жизненного цикла МПТШ организовано и обеспечено эффективное функционирование промышленно-инновационной системы серийного производства МПТШ.

3. В процессе создания новых перспективных конструкций и промышленных технологий разработан комплекс инновационных инженерно-физических решений, включающий: метод расчета статических ,и динамических характеристик МПТШ в приближении «плавного канала» для случая однородного легирования и модели двух областей для полевой зависимости подвижности на основе научно-технического анализа взаимосвязи физико-технических характеристик МПТШ с его наиболее важными параметрами характеризующими качество и воспроизводимость технологических процессов» (максимальный ток стока; ток стока насыщения; паразитные сопротивления стока, истока и канала; крутизна характеристики; пробивное напряжение сток-исток и др.), в результате которого выделен состав (Важнейших параметров для анализа и оптимизации конструкции МПТШ с заданными частотными, мощностными параметрами и показателями надежности; концепцию улучшения динамических параметров разработанной на основе анализа принципов конструирования, проведенных математических расчетов и оптимизации новой конструкции базовой ячейки и всего кристалла МПТШ за счет минимизации его паразитных конструктивных сопротивлений и емкостей в цепи затвор-исток, затвор-сток, основанную на применении разработанных методов многостадийной протонной бомбардировки глубоких эпитаксиальных слоев арсенида галлия и нанесения системы межслойных диэлектриков, полученных комбинацией окисления моносилана при температуре 250-300°С и магнетронного распыления при температуре 150-200°С, позволивших снизить паразитные емкости и сопротивления и гарантировано обеспечить на стадии производства заданные мощностные и частотные характеристики МПТШ; способ повышения рабочего напряжения МПТШ, особенностью которого является использование комбинации двойного углубления затворной канавки в сочетании с системой низкотемпературной металлизации Ti/Al; способ конструирования и изготовления СВЧ корпусов, основанный на применении специальных фланцев из бескислородной меди с прецизионным выступом для монтажа кристаллов.

4. Разработан алгоритм построения и эффективного функционирования промышленно-инновационной системы, состоящий из трех основных комплексных научно-производственных модулей, объединенных единой структурой оптимального технологического маршрута и конструкторско-технологической взаимосвязью.

5. Разработаны новые высокоэффективные промышленные процессы и технологии:

- метод формирования мезаструктуры, включающий тонкое химическое подтравление п+-слоев на глубину 0,2-0,25 мкм и многостадийную протонную бомбардировку; процесс низкотемпературного напыления систем металлизации затвора и промежуточных слоев на основе Ti/Al и Ti/Au; система низкотемпературных межслойных диэлектриков, полученных комбинацией окисления моносилана при температуре 250-3 00°С и магнетронного распыления при температуре 150-200°С; метод «взрывной» фотолитографии с использованием комбинации низкотемпературных диэлектриков - фоторезист; модель и оптимальные режимы сборочно-монтажных операций.

6. Разработана комплексная система управления качеством и надежностью МПТШ на основе: системы испытаний МПТШ по статическим и динамическим параметрам, построенной на принципах статистического регулирования технологического процесса (СРТП) (типовые сопроводительные листы, операционные и контрольные карты, обеспечивающие количественный и качественный контроль процессов); физико-технического подхода определения границы области допустимой работы МПТШ, которая при повышении рабочих частот и отдаваемой мощности приближается к области физических ограничений, т.е. к режимам, при достижении которых различные физические процессы в структуре транзистора вызывают формирование предельных состояний и систематические отказы транзисторов.

7. Предложен, обоснован и реализован промышленно-инновационный подход к восстановлению производства и модернизации, ранее освоенных и серийно выпускавшихся, СВЧ МПТШ на арсениде галлия. Сутью этих представлений является понимание процесса восстановления и модернизации производства как совокупности научно-технических и конструктивно-технологических мероприятий, направленных как на расширение частотных диапазонов применения МПТШ, так и на повышение их исходных электрофизических и динамических характеристик, показателей надежности. В этом смысле восстановление производства МПТШ на арсениде галлия,' представляется как составная часть полного жизненного цикла изделия, соответствующего современным техническим и технологическим требованиям, обеспечивающим экономическую рентабельность серийного производства. Практическая значимость

1. Разработанные физико-технические принципы функционирования МПТШ, созданные новые перспективные конструкции и . высокоэффективные промышленные процессы и технологии, реализованные алгоритмы поэтапного проектирования применительно ко всем основным этапам полного жизненного цикла МПТШ от проектирования до финишного контроля, испытаний и статистического анализа результатов эксплуатации серийных изделий у потребителей (анализ, математический расчет и оптимизация характеристик базовой ячейки и всего кристалла с выбранными концентрациями в функциональных микрообъемах, методы улучшения динамических характеристик МПТШ, новые промышленные процессы, и технологии формирования твердотельных полупроводниковых структур, модель и оптимальные режимы сборочно-монтажных процессов, теоретические разработки и практическое освоение комплекса специфических методов и режимов испытаний, комплексная система управления качеством) обеспечили организацию и эффективное функционирование промышленно-инновационной системы серийного производства МПТШ широкой номенклатуры на ФГУП «ГЗ «Пульсар».

2. Разработан и внедрен комплекс новых инновационных инженерно-физических I решений и созданных на их основе высокоэффективных промышленных технологий (многоступенчатая протонная бомбардировка, комбинация межслойных диэлектриков, «взрывная» фотолитография, низкотемпературная система, металлизации. Ti/Al, новые усовершенствованные конструкции СВЧ корпусов и др.), позволивших повысить рабочие напряжения МПТШ, снизить паразитные емкости, индуктивности и сопротивления и в результате уменьшить катастрофические отказы, увеличить процент выхода годных транзисторов в производстве и повысить их эксплуатационную надежность.

3. По результатам диссертационной работы на ФГУП ГЗ «Пульсар» освоено производство более 50 типов новых конструкций МПТШ (напр., АП910А-2, Б-2; АП915А-2, Б-2; АП967А-2, Б-2, В-2, Г-2, Д-2, Ж-2, Е-2; АП930А-2, Б-2, В-2 и др.). Суммарный выпуск МПТШ на арсениде галлия составил более 1,0 млн. штук. (Диаграмма 1). Использование этой номенклатуры МПТШ позволило повысить качество и надежность, увеличить мощностные и частотные характеристики и значительно снизить вес, габариты и стоимость радиоэлектронной аппаратуры различного функционального назначения. Впервые сформирована широкая номенклатура отечественных МПТШ на арсениде галлия.

4. Предложенный промышленно-инновационный подход к восстановлению производства и модернизации, ранее освоенных и серийно выпускавшихся, мощных СВЧ транзисторов на арсениде галлия, позволил восстановить в 2005-2008г.г. на ФГУП ГЗ «Пульсар» производство транзисторов АП603, АП606, АП910, АП915 и др., что на практике позволило организовать и обеспечить эффективное функционирование промышленно-инновационной системы серийного производства МПТШ на арсениде галлия, соответствующей современным техническим и технологическим требованиям и обеспечивающей экономическую рентабельность серийного производства. С использованием разработанной концепции восстановлено также серийное производство кремниевых СВЧ мощных биполярных и полевых транзисторов, мощных микросхем, что позволило обеспечить потребителей отечественными новыми и традиционными СВЧ электронными твердотельными компонентами.

5. Научно-практическая и физико-технологическая значимость полученных результатов выходит за рамки организации серийного производства разрабатываемой в диссертационной работе номенклатуры электронных твердотельных компонентов и технологий и может быть использована при разработке концепции создания научно-производственных инновационных' комплексов (НПИК), обеспечивающих промышленно-серийный выпуск новейших разработок ЭТК с наноразмерными топологическими нормами проектирования и позволяющих сконцентрировать финансовые и научно-технологические ресурсы на развитии критических и прорывных технологий федерального уровня по приоритетным направлениям развития радиоэлектроники.

Положения, выносимые на защиту

1. Научно-практический принцип организации и обеспечения эффективного функционирования промышленно-инновационной системы серийного производства МПТШ на основе реализации разработанных алгоритмов поэтапного проектирования применительно ко всем основным этапам полного жизненного цикла изделия от исследования и развития физико-технических принципов функционирования МПТШ, создания новых перспективных конструкций и высокоэффективных промышленных процессов и технологий до финишного контроля, испытаний и статистического анализа результатов эксплуатации у потребителей.

2. Новые инженерно-физические инновационные решения: метод расчета статических и динамических характеристик МПТШ в приближении «плавного канала» для случая однородного легирования и модели двух областей для полевой зависимости подвижности на основе научно-технического анализа взаимосвязи физико-технических характеристик МПТШ с его наиболее важными параметрами характеризующими качество и воспроизводимость технологических процессов (максимальный ток стока; ток стока насыщения; паразитные сопротивления стока, истока и канала; крутизна характеристики; пробивное напряжение сток-исток и др.), позволивший выделить состав важнейших параметров для анализа и оптимизации конструкции МПТШ с заданными частотными, мощностными параметрами и показателями надежности; концепция улучшения динамических параметров МПТШ за счет минимизации его паразитных сопротивлений, индуктивностей и емкостей путем формирования конструкции базовой ячейки транзистора с уменьшенными паразитными параметрами сопротивлений и емкостей в цепи затвор-исток и затвор-сток, основанная на разработанных методах многостадийной протонной бомбардировке глубоких эпитаксиальных слоев арсенида галлия и нанесения системы межслойных диэлектриков, повышения рабочего напряжения за счет использования комбинации двойного углубления затворной канавки в сочетании с системой низкотемпературной металлизации Ti/Al, что позволило снизить паразитные емкости и сопротивления и увеличить рабочее напряжение, а, следовательно, повысить мощностные и частотные характеристики МПТШ. способ конструирования и изготовления СВЧ корпусов, основанный на применении специальных фланцев из бескислородной меди с прецизионным выступом для монтажа кристаллов, что привело к уменьшению теплового сопротивления МПТШ и, следовательно, к повышению его надежности.

3. Алгоритм построения и эффективного функционирования промышленно-инновационной системы, состоящий из трех основных комплексных научно-производственных модулей, объединенных единой структурой оптимального технологического маршрута и конструкторско-технологической взаимосвязью.

4. Структура оптимального технологического маршрута изготовления МПТШ, содержащая следующие разработанные процессы и технологии:

- метод формирования мезаструктуры, включающий тонкое химическое подтравление п +-слоев на глубину 0,2-0,25 мкм и многостадийную протонную бомбардировку; процесс низкотемпературного напыления систем металлизации затвора и промежуточных слоев на основе Ti/Al и Ti/Au;

- система низкотемпературных межслойных диэлектриков, полученных комбинацией окисления моносилана при температуре 250-300°С и магнетронного распыления при температуре 150-200°С; метод «взрывной» фотолитографии с использованием комбинации низкотемпературных диэлектриков - фоторезист; закономерности и режимы сборочно-монтажных процессов при производстве МПТШ методами монтажа кристаллов на серебросодержащий клей и термокомпрессионной микросварки

5. Комплексная система управления качеством и надежностью МПТШ на основе: системы испытаний МПТШ по статическим и динамическим параметрам, содержащей типовые сопроводительные листы, операционные и контрольные карты, обеспечивающей количественный и качественный контроль процессов; физико-технического подхода определения границы области допустимой работы МПТШ, которая при повышении рабочих частот и отдаваемой мощности приближается к области физических ограничений, т.е. к режимам, при достижении которых различные физические процессы в структуре транзистора вызывают формирование предельных состояний и систематические отказы транзисторов.

6. Широкая номенклатура разработанных и освоенных МПТШ, охватывающая С -, Х-, К- диапазоны частот и выходные мощности до 15 Вт, позволившая обеспечить производство радиоэлектронной аппаратуры различного функционального назначения отечественной элементной базой.

7. Промышленно-инновационный подход к восстановлению производства и модернизации, ранее освоенных и серийно выпускавшихся, мощных СВЧ транзисторов на арсениде галлия, представленный как составная часть полного жизненного цикла изделия в сочетании с научно-техническими и конструктивно-технологическими мероприятиями, направленными как на расширение частотных диапазонов применения МПТШ, так и на повышение их исходных электрофизических и динамических характеристик, показателей надежности и соответствующий современным техническим и технологическим требованиям.

Заключение диссертации по теме «Организация производства (по отраслям)», Буробин, Валерий Анатольевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанные физико-технические принципы функционирования МПТШ, созданные новые перспективные конструкции и высокоэффективные промышленные процессы и технологии, реализованные алгоритмы поэтапного проектирования применительно ко всем основным этапам полного жизненного цикла МПТШ от проектирования до финишного контроля, испытаний и статистического анализа результатов эксплуатации серийных изделий у потребителей (анализ, математический расчет и оптимизация характеристик базовой ячейки и всего кристалла с выбранными концентрациями в функциональных микрообъемах, методы улучшения динамических характеристик МПТШ, новые промышленные процессы и технологии формирования твердотельных полупроводниковых структур, модель и оптимальные режимы сборочноt монтажных процессов, теоретические разработки и практическое освоение комплекса специфических методов и режимов испытаний, комплексная система управления качеством) обеспечили организацию и эффективное функционирование промышленно-инновационной системы серийного производства МПТШ широкой номенклатуры на ФГУП «ГЗ «Пульсар».

2. По результатам диссертационной работы на ФГУП ГЗ «Пульсар» освоено производство более 50 типов новых конструкций МПТШ (например, АП910А-2, Б-2; АП915А-2, Б-2; АП967А-2, Б-2, В-2, Г-2, Д-2, Ж-2, Е-2; АП930А-2, Б-2, В-2 и др.). Суммарный выпуск МПТШ на арсениде галлия составил более 1,0 млн. штук. Сформирована широкая номенклатура новых перспективных типов электронных компонентов - мощных СВЧ полевых транзисторов с барьером Шоттки на арсениде галлия (МПТШ), позволившая обеспечить развитие критических и прорывных технологий при производстве радиоэлектронной аппаратуры и систем общего, двойного и специального назначений.

3. Разработан алгоритм построения и эффективного функционирования промышленно-инновационной системы, состоящий из трех основных комплексных научно-производственных модулей, объединенных единой структурой оптимального технологического маршрута и конструкторско-технологической взаимосвязью.

4. В процессе разработки алгоритма построения и эффективного функционирования промышленно-инновационной системы был создан и освоен комплекс инновационных инженерно-физических решений и высокоэффективных промышленных процессов и технологий, включающий: метод расчета статических и динамических характеристик МПТШ в приближении «плавного канала» для случая однородного легирования и модели двух областей для полевой зависимости; концепцию улучшения динамических параметров разработанной новой конструкции базовой ячейки и всего кристалла МПТШ за счет минимизации его паразитных конструктивных сопротивлений и емкостей в цепи затвор-исток, затвор-сток; способ повышения рабочего напряжения МПТШ, особенностью которого является использование комбинации двойного углубления затворной канавки в сочетании с системой низкотемпературной металлизации Ti/Al; способ конструирования и изготовления СВЧ корпусов, основанный на применении специальных фланцев из бескислородной меди с прецизионным выступом для монтажа кристаллов метод формирования мезаструктуры, включающий тонкое химическое подтравление п+-слоев на глубину 0,2-0,25 мкм и многостадийную протонную бомбардировку; процесс низкотемпературного напыления систем металлизации затвора и промежуточных слоев на основе Ti/Al и Ti/Au; процесс низкотемпературного нанесения межслойных диэлектриков, полученных комбинацией окисления моносилана при температуре 250-300°С и магнетронного распыления при температуре 150-200°С; метод «взрывной» фотолитографии с использованием комбинации низкотемпературных диэлектриков — фоторезист; модель и оптимальные режимы сборочно-монтажных операций. 5. Разработана комплексная система управления качеством и надежностью МПТШ на основе: системы испытаний МПТШ по статическим и динамическим параметрам, построенной на принципах статистического регулирования технологического процесса (СРТП) (типовые сопроводительные листы, операционные и контрольные карты, обеспечивающие количественный и качественный контроль процессов); физико-технического подхода определения границы области допустимой работы МПТШ, которая при повышении рабочих частот и отдаваемой мощности приближается к области физических ограничений, т.е. к режимам, при достижении которых различные физические процессы в структуре транзистора вызывают формирование предельных состояний и систематические отказы транзисторов.

6. Предложен и обоснован промышленно-инновационный подход к восстановлению и модернизации производства, ранее освоенных и серийно выпускавшихся, СВЧ МПТШ на арсениде галлия. Сутью этих представлений является понимание процесса восстановления и модернизации производства как совокупности научно-технических и конструктивно-технологических мероприятий, направленных как на расширение частотных диапазонов применения МПТШ, так и на повышение их исходных электрофизических и динамических характеристик, показателей надежности. В этом смысле восстановление и модернизация производства МПТШ на арсениде галлия представляется как составная часть полного жизненного цикла изделия. В 2005-2008г.г. на ФГУП ГЗ «Пульсар» восстановлено производство транзисторов АП603, АП606, АП910, АП915 и др., что на практике позволило организовать и обеспечить эффективное функционирование промышленно-инновационной системы серийного производства МПТШ на арсениде галлия, соответствующей современным техническим и технологическим требованиям и обеспечивающей экономическую рентабельность серийного производства. С использованием разработанной концепции восстановлено также серийное производство кремниевых СВЧ мощных биполярных и полевых транзисторов, мощных микросхем, что позволило обеспечить потребителей отечественными новыми и традиционными СВЧ электронными твердотельными компонентами.

7. Научно-практическая и физико-технологическая значимость полученных результатов выходит за рамки организации серийного производства разрабатываемой в диссертационной работе номенклатуры электронных твердотельных компонентов и технологий и может быть использована при разработке концепции создания научно-производственных инновационных комплексов (НПИК), обеспечивающих промышленно-серийный выпуск новейших разработок ЭТК с наноразмерными топологическими нормами проектирования и позволяющих сконцентрировать финансовые и научнотехнологические ресурсы на развитии критических и прорывных технологий федерального уровня по приоритетным направлениям развития радиоэлектроники.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Буробин, Валерий Анатольевич, 2009 год

1. В.Н.Данилин. Современный уровень и перспективы разработок полевых транзисторов на арсениде галлия // Обзоры по электронной технике 1979 - №1, №2.

2. Dilorenzo J.V. Khandelwal D.D. GaAs FET //Principles and Technology. 1982. - ARTECH HOUSE.

3. А.А.Щука. Элементы и приборы нанотехнологии. //Учебное пособие М.: МИРЭА, МФТИ- 2006.

4. В.Н.Данилин, Ю.П.Докучаев, Т.А.Жукова, М.А.Комаров. Мощные высокотемпературные и радиационно-стойкие СВЧ приборы нового поколения на широкозонных гетеропереходных структурах AlGaN/GaN //Обзоры по электронной технике 2001 -серия 1 СВЧ техника — № 1.

5. Wemple S, Niehaus W, Schlosser W, Dilomenzo J, Cox H. Performance of GaAs Power MESFET's. // Electron Letts. 1978 - V.14-№6 - p. 175-176.

6. Mitsui Y., Otsuba M., Ishii Т., Mitsui S., Shirachata K. Flip-CWp power FET with Improved Performance. 9 the Europ. //Microwave Conf. -Brighton - 1979 - p.272-276.

7. Drukier I.,Wade P., Thomson J. A High Power 15 GHz. GaAs FET. // 9 the Europ. Microwave Conf. -Brighton 1979 -p.282-288.

8. Shockley W. A unipolar Field effect transistor // Proc. IRE -1952 №40 - p. 1365.

9. Mead C. Schottky barrier Field Effect transistor // Proc. IEEE -1966 №54 - p.307.

10. Smith P., Inone M., Trey J. Electron Velocity in Si and GaAs at very High Electric Fields // Appl.Phys.Letts. -1980 №37 - p.797.

11. Pugel R., Haus H., Statz H. Signal and Naise Properfles of GaAs Microwave Field Effect Transistors// un Martini., EL, Advances in Elektronics and Elektron Physies, Akademic N.Y. -1975-v.38 -p.195.

12. Sone J., Takayama Y. A small-signal analytical theory for GaAs Field Effect Transistors at Large drain voltages// IEEE Trans. -1978 v.25 -№3 - p.329-337.

13. Kennedy D., O'Brien R. Computer Aided Two-Dimensional Analysis of the junction Field Effect Transistor.// IBM J. Res. Dev. -1970 1H - p.95.

14. Cook R.,Trey I. Two- Dimentianal Numeried Simulation of Energy Transport Effect in Si and GaAs MESFET's// IEEE Trans, an Elektron Devices-1982 v.ED 29 -№6.

15. Pone J.,Castagne R., Courat J., Arnolo C. Two- Dimentianal Partiele Modeling of Submicrometer Gate GaAs FET's Near Pinchoff.// IEEE Trans, on Elektron Devices-1982 -v.ED 29 -№8

16. Kaeprzak Т., Materka A. Compackt de model of GaAs FET's for large-signal computer calculation.// IEEE J. Solid State Circuits -1983 v.SC -18 - p.211-213.

17. Materka A., Kaeprzak T. Computer calculation of large-signal GaAs FET Amplifier Characteristics// IEEE Trans, on Microwave Teori and Techn. -1985 v.MTT-33 -№2.

18. Wada Т., Frey J. Phisical Bases of Short-Channel MESFET Operation //IEEE Elektron Devices-1972 v.ED 19 - p.652.

19. FukuiH. Channel Current Limitations in GaAs MESFET's // Solid-State Elektronics -1979 -v.22 — №5 -p.507-515.

20. Wemple S, Niehaus W, Cox H., Dilomenzo J, Schlosser W. Control of gate-drain Avalanche in GaAs MESFET's//IEEE Trans, on Elektron Devices-1980 v.ED 27- №6

21. Зи С. Физика полупроводниковых приборов // Москва Мир - 1984 - кн.1-стр.268-310.

22. Berger Н. Contact Resistance on diffused Resistors // IEEE ISSCC Digest of Technical Papers -1969-p. 160-161.

23. Macksey H., Adams R. Fabrication Processes for GaAs power FET's //Proc.Fifth Cornell Conf on Active Semiconductor Devices-1975 p. 255-264.

24. Matina H. A Studi of GaAs Microwave Semiconduction Devices // Doctomal Dissertation-Japan-1975.

25. Niehaus W, Cox H., Wemple S, Dilomenzo J, Schlosser W., Magalhaes F. GaAs power MESFET's// Gallium Arsenide Related Compounds-1976 -№336- p.l60-161.

26. Wolf P. Microwave Properties Schottky barrier Field Effect transistors// JBM J. Res. Develop -1970 — p.125-141.

27. Fukui H. determination of the Basic Device Parameters of GaAs MESFET's // Bell System technical J. -1979 p.771-797.

28. Frensley W. Power Limiting Breakdown Effect in GaAs MESFET's// IEEE Trans. -1981 -v.ED-28 p.962-970.

29. Ladbroke P. Power Limiting Due to Impact Jonisation in GaAs MESFET's // Elektron Letts-1981 — v,17-№10-p.338-339.

30. Tiwari S., Eastmen L., Rathbum L. Physical and Material Limitations on Burnout Voltage of GaAs Power MESFET's // IEEE Trans. -1980 v.ED-27 - p. 1045-1054.

31. Wemple S, Niehaus W, Cox H., Dilomenzo J, Schlosser W. Control Gate-Drain Avalanche in GaAs MESFET's // IEEE Trans. -1980 v.ED-27 № 6 , p.1013-1018.

32. Lemnios Z., Lan C., Shade G., Dawson D., Lee S., Dickens L., Ют H. buffer Layer material Limitations for high power GaAs FET's // Inst. Physic. Conf -Albuquergue -1982 Ser. № 65 - Charter 5-p.363 -370.

33. Van Rees В., Liles В., Hewitt B. The effect of deep levels on the large-signal performance of GaAs FET's // Inst. Physic. Conf-Albuquergue 1982 - Ser. № 65 - Charter 5 - p.355 -362.

34. Miers Т., Paulson W., Birittella M. The influence of material parameters on back-gaiting in GaAs integrated circuits // Inst. Physic. Conf -Albuquergue 1982 - Ser. № 65 - Charter 5 -p.339 - 346.

35. Schaff W., Eastman L., Van Rees В., Liles B. Super lattice buffers for GaAs power MESFET's grown by MBE.// J.Vac.Sci. Technol. 1984- Ser. B2(2) - p.265 - 268.

36. Власов В.А., Синкевич В.Ф., О возможных механизмах отказов мощных транзисторов // М., Электронная техника, 1972, с. 28-31.

37. Физические основы надежности интегральных схем // Под ред. Ю.Г.Миллера Москва, Сов. Радио, 1976-320 с.

38. Обзоры по электронной технике: Механизмы отказов и надежность транзисторов на арсениде галлия // Нечаев A.M., Синкевич В.Ф., Соколова Е.И., Степанова Н.Б.- М: ЦНИИ «Электроника», 1981 -Вып.2, Сер.2. Полупроводниковые приборы.

39. Аронов B.JL, Федотов Я.А., Испытания и исследования полупроводниковых приборов. // М., Высшая школа, 1975.

40. Блек Р., Виды отказов в полупроводниковых приборах с алюминиевой металлизацией, вызываемые электродиффузией. // Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, 1969, т.57, с. 136-142.