Процессы фотостимуляции и электротермотренировки при обеспечении мощностных параметров светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (Al, Ga, In) N тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Евсеенков Антон Сергеевич

• Евсеенков Антон Сергеевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Евсеенков Антон Сергеевич

Оглавление

Список сокращений и условных обозначений

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Светоизлучающие гетероструктуры на основе твердых растворов (ЛЮа1п№

1.2 Транзисторные гетероструктуры на основе твердых растворов полупроводниковых нитридов

1.3 Деградация светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N

1.4 Выводы по главе 1 30 Глава 2. Электротренировка светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N

2.1 Описание измерительных стендов и исследуемых образцов

2.2 Деградация светоизлучающих и транзисторных гетероструктур под действием повышенной электрической нагрузки

2.3 Ускоренные испытания светоизлучающих транзисторных гетероструктур

2.4 Выводы по главе 2 56 Глава 3. Термотренировка светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N

3.1 Описание исследуемых образцов

3.2 Методика измерений температурных параметров структур

3.3 Исследование влияния термотренировки на деградационную устойчивость светоизлучающих и транзисторных гетероструктур

3.4 Влияние термотренировки на параметры диэлектрика используемого в транзисторных гетероструктурах

3.5 Выводы по главе

Глава 4. Фотостимуляция транзисторных гетероструктур на основе

твердых растворов AlGaN

4.1 Описание установки и исследуемых образцов

4.2 Прогнозирование результативности применения термотренировки транзисторных гетероструктур на основе (AlGaIn)N 98 4.3. Выводы по главе 4 104 Заключение 107 Список литературы 112 Приложения 122 Приложение 1. Акт использования результатов диссертационных исследований в АО «Светлана-Электронприбор» 122 Приложение 2. Характеристики полученных гетероструктур

Список сокращений и условных обозначений

СД - светодиод;

ТВПЭ (HEMT) - транзистор с высокой подвижностью электронов;

СВЧ - сверхвысокие частоты;

УФ - ультрафиолетовая (область спектра);

КПД - коэффициент полезного действия;

АО - активная область;

nint - внутренний квантовый выход излучения;

Pint - мощность излучения из активной зоны светоизлучающей гетероструктуры; h - постоянная Планка;

v - частота;

e - заряд электронов;

^extract - коэффициент оптического вывода излучения; ne - внешний квантовый выход излучения; npower - коэффициент полезного действия;

AIIIBV - твердый раствор элементов третьей и пятой группы в периодической системе Менделеева;

AIVBIV - твердый раствор двух элементов четвертой группы в периодической системе Менделеева;

ХГГФЭ - хлоридно-гидридная газофазная эпитаксия (метод выращивания полупроводниковых структур);

МОГФЭ - газофазная эпитаксия из металлорганических соединений

ПО - программное обеспечение;

СР - сверхрешетка;

БС - блокирующий слой;

ВАХ - вольтамперная характеристика

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Процессы фотостимуляции и электротермотренировки при обеспечении мощностных параметров светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (Al, Ga, In) N»

Введение

Актуальность. В современной электронной промышленности все больший интерес проявляется к твердым растворам полупроводниковых нитридов (ЛЮа1п)М Все активнее эти материалы используются при создании светодиодов (СД) и транзисторов с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ). Основным преимуществом твердых растворов (ЛЮа1п^ является возможность изменения ширины запрещенной зоны полупроводника в широком диапазоне (от 3,4 до 6,2 эВ) за счет регулирования доли ЛШ в твердом растворе. Это позволяет создавать светодиоды как видимого, так и ультрафиолетового диапазона. Большая ширина запрещенной зоны также дает ряд преимуществ при формировании на основе полупроводниковых нитридов транзисторных гетероструктур для применения в устройствах СВЧ-диапазона. Возможность достижения высоких концентраций электронов в канале таких структур в сочетании с большой удельной мощностью и повышенными пробивными напряжениями позволяют обеспечить в транзисторных гетероструктурах на основе GaN на порядок большую плотность мощности, чем при использовании гетероструктур на основе арсенида галлия. На сегодняшний день технологии создания устройств на основе нитрида галлия и его твердых растворов развились достаточно для широкого практического применения мощных транзисторных гетероструктур и монолитных интегральных схем на их основе.

Существует ряд проблем, возникающих при разработке светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮа1п)М Помимо создания устройства с заданными техническими характеристиками, приоритетной задачей является обеспечение стабильности его параметров в процессе длительной эксплуатации. В мощных приборах особенно остро встает вопрос о возникновении эффектов самонагрева и влиянии повышения температуры на

характеристики прибора, а также о связанных с этими эффектами процессах деградации структур.

Одной из важнейших причин деградации является наличие в структурах дефектов различного типа, существенно снижающих как быстродействие, так и мощность прибора. Особое влияние на работу гетероструктур оказывают ловушки и протяженные дефекты. В настоящее время ведутся активные поиски методов, снижающих концентрацию таких дефектов в светоизлучающих и транзисторных гетероструктурах на основе твердых растворов (А1Оа1п)^ проводится оптимизация технологии изготовления приборов, а также модификация конструкции устройства и введение дополнительных технологических операций (в частности, электротермотренеровки). Еще одной важной задачей является обнаружение и отбраковка дефектных структур на всех этапах технологического процесса. Таким образом, оперативная оценка качества и стабильности характеристик является приоритетной задачей при создании как светоизлучающих, так и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п)^ Актуальным является разработка подходов и методов, позволяющих прогнозировать и обеспечивать требуемые мощностные и деградационные параметры нитридных структур.

Целью исследования являлась оценка качества и обеспечение требуемых параметров светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п)М

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Разработка метода многоступенчатой электротренировки светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п).

2. Разработка метода термотренировки для обеспечения требуемых параметров светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п)М

3. Разработка метода фотостимуляции транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮа1п)М

Объектом исследования являлись светоизлучающие и транзисторные гетероструктуры на основе твердых растворов (АЮа1п)М

Предметом исследования являлись свойства и характеристики созданных светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п)М

Методы исследования. При выполнении работы использовались экспериментальные методы исследований, в том числе измерение и анализ электрических, температурных и иных характеристик светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п)^ а также сопоставление полученных результатов с литературными либо расчетными данными.

Основные положения, выносимые на защиту направленны на системное взаимодополняющее исследование процессов термической, электрической и фотостимуляции в качестве эффективных технолого-диагностических факторов для оценки и обеспечения требуемы мощностных и деградационных параметров приборов на постростовом этапе технологии создания гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮа1п)№

1. Экспериментально установлено, что при создании мощных светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮаШ^ многоступенчатая электротренировка является эффективным методом оценки мощностных параметров гетероструктуры на постростовом этапе технологии, за счет возможности управления интенсивностью процессов ускоренной деградации.

2. Экспериментально установлено, что при создании мощных светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮаШ^ предварительная термотренировка является эффективным методом улучшения их мощностных параметров и минимизации деградационных процессов за счет значительного снижения

проявления эффектов, вызванных саморазогревом активных областей приборов.

3. Экспериментально установлено, что при создании мощных транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п^ фотостимуляция границы раздела AlGaN/SiзN4 в диапазоне 280-600 нм, обеспечивающая контролируемую оптическую активацию поверхностных ловушек, является эффективным методом оценки поведения структуры на постростовом этапе технологии, определяя необходимость дополнительного использования процедуры электротермотренировки с целью обеспечения требуемых мощностных характеристик приборов.

Научная новизна работы определяется следующими положениями:

1. Проведен анализ факторов, влияющих на мощностные и деградационные характеристики УФ светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п)М

2. Разработаны методики быстрого анализа мощностных и деградационных характеристик светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п^ на основе анализа отклика на электротренировку, термотренировку и фотостимуляцию.

3. Разработан метод повышения равномерности распределения мощностных параметров светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п^ внутри производственных партий приборов транзисторных и светоизлучающих гетероструктур.

4. Разработаны методики контроля светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п)^ позволяющие совершать их отбраковку на постростовом технологическом этапе производства.

Обоснованность и достоверность полученных научных результатов подтверждается сопоставлением полученных экспериментально данных с результатами измерений независимыми методами и современными литературными данными.

Научная и практическая значимость работы сводится к следующему:

1. Разработан метод оценки надежности и деградационной устойчивости светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮа1п)М

2. Разработаны термотренировочные методы управления мощностными характеристиками светоизлучающих и транзисторных гетероструктур основе твердых растворов (АЮа1п)М

3. Разработаны методики ускоренных испытаний светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮа1п)^ которые имитировали деградацию устройств в рабочем режиме эксплуатации в течение длительного времени и позволяли обеспечить оценку параметров гетероструктур.

4. Разработан метод уменьшения степени деградации светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮаШ^ за счет применения методики термотренировки.

5. Разработан метод диагностики качества структур посредством фотостимуляции, позволяющий оценить необходимость использования дополнительных технологических операций, оказывающих эффект термотренировки.

6. Повышена однородность распределения мощностных параметров транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮа1п)^ созданных на подложках Л1203 или SiC внутри одной партии приборов, а также повышен выход годных устройств.

7. Создана тест-система для измерения основных мощностных и деградационных параметров светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (ЛЮа1п)^ а также диагностики их качества.

Внедрение результатов исследования

Результаты работы используются при производстве светоизлучающих и транзисторных гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N в АО «Светлана-Электронприбор», что подтверждается актом использования диссертационных исследований в производстве. Полученные результаты также используются при проведении практических занятий, учебной и производственной практики в рамках бакалаврской и магистерской подготовки по направлению «Электроника и наноэлектроника» на кафедре Микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ». На конкурсе персональных грантов «Участник молодежного научно-исследовательского конкурса» в 2015 году получен грант государственной поддержки.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и школах:

• 5th International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-5) (Saint-Petersburg, 2012 г.);

• 14-ая Международная научная конференция Физика Диэлектриков, С.-Петербург, Россия, РГПУ им. А.И. Герцена;

• International Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures «Saint-Petersburg OPEN 2015-2018» (Saint-Petersburg, 2015-2018 гг.);

• IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW) (Saint-Petersburg, 2014- 2017);

• Международная Зимняя Школа по физике полупроводников. (Санкт-Петербург - Зеленогорск, 2015 г.);

• Конференции по физике и астрономии для молодых ученых «Физика.СПб» (Санкт-Петербург, 2014-2017 гг.);

• I-ый Всероссийский научный форум «Наука будущего - наука молодых», ПРО-РЕГИОН (г. Севастополь, 2015 г.);

• 14-я, 15-я, 16-я научная молодежные школы «Физика и технология микро- и наносистем» (Санкт-Петербург, 2012 - 2015 гг.);

• 67-я, 68-я, 69-я, 70-я, 71-ая Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации изложены в 19 публикациях, в числе которых 2 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, 17 в научных сборниках трудах российских и международных конференций, а также получен 1 объект интеллектуальной собственности.

Личный вклад соискателя. При непосредственном участии автора были разработаны и проведены основные операции, связанные с процессами фотостимуляции и электротермотренировки транзисторных и светоизлучающих гетероструктур на основе нитридов рассмотренные в работе. Автор лично проводил измерения параметров опытных образцов, разрабатывал методики измерения и экспериментальные стенды для проведения исследования. Автор участвовал в процессе создания представленных в работе приборов на этапе пост-ростовой технологии, работая на производственном предприятии АО «Светлана Электронприбор». В работах, выполненных в соавторстве, автор принимал активное участие в постановке задач, выборе и обосновании методов их решения, интерпретации полученных результатов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка используемой литературы, включающего 84 наименования. Общий объем работы составляет 126 страниц машинописного текста. Работа содержит 103 рисунка, 3 таблицы и 2 приложения.

Глава 1. Обзор литературы 1.1 Светоизлучающие гетероструктуры на основе твердых растворов

(AlGaIn)N

Еще в конце двадцатого века нитрид галлия (GaN) и его твердые растворы называли одними из самых перспективных материалов для создания светодиодов [1,2]. В двадцать первом веке спектр их применения в приборах фотоники стал по-настоящему широк. В последние годы светодиоды на основе твердых растворов (AlGaIn)N стали использоваться не только в составе источников освещения, но и в устройствах для стерилизации, загара, кварцевания, обеззараживания, а также для сушки электронных плат и других технологических и научных применений.

У первых светоизлучающих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N максимум спектрального излучения лежал в интервале энергий от 2.4 до 2.75 эВ, что соответствует зеленому и синему диапазонам спектра [3,4]. Одной из первых фирм, которая преуспела в разработке светоизлучающих гетероструктур коротковолнового диапазона на основе твердых растворов (AlGaIn)N, стала японская корпорация Nichia Chemical [5,6], особый вклад в работу которой внесла группа исследователей во главе с ученым Шуджи Накамурой. Примеры спектров излучения светодиодов зеленого и синего диапазона на основе твердых растворов (AlGaIn)N, созданных фирмой Nichia, показаны на рис. 1.1 (ток 10 мА, комнатная температура). В составе этих светоизлучающих структур использовались одиночные квантовые ямы. Мощность излучения созданных структур была недостаточно велика, поэтому на первых этапах своего развития они использовались в основном для индикации. В настоящее время параметры светоизлучающих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N существенно улучшены. К сожалению, эффективность гетероструктур, излучающих в УФ области спектра, по-прежнему невелика.

2,435 2,653 2,707

2,4081 112,480 2,6271 I I ¡2,748

]_1_I_I_I_|_!_._1_._■_I_I_!_I_I_I_I .... 1.. --1

2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0

епегду, еУ

Рисунок 1.1 - Спектры электролюминесценции светоизлучающих гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа!п)К фирмы МсЫа

Нитридные светоизлучающие гетероструктуры в основном формируются на сапфировой подложке, что обуславливает сильное рассогласование параметров решетки. Это приводит к весьма низкому качеству границ раздела материалов, появлению дислокаций и иных дефектов. Недостаточно высокая эффективность люминесценции в таких структурах обуславливает возникновение эффекта саморазогрева. Особенно актуальна проблема разогрева при высокой плотности тока. Он является одной из причин деградации светоизлучающих гетероструктур на основе твердых растворов (АЮа1п)К при электролюминесценции [7,8]. Процессы деградации могут ускорятся из-за дефектов, являющихся центрами безызлучательной рекомбинации [9-11].

Возникающий саморазогрев обычно стараются компенсировать за счет эффективно сконструированного теплоотвода и других методов управления

температурой рабочей области прибора. К сожалению, в большинстве случаев при пропускании повышенных токов полная компенсация саморазогрева оказывается невозможной. Таким образом, основным путем снижения влияния процессов деградации, и, как следствие, увеличения срока службы, является оптимизация технологических процессов формирования светоизлучающих гетероструктур [12-15].

В идеальном случае внутри активной зоны светодиода должен возникать один фотон на каждый инжектированный в нее электрон. В связи с этим квантовый выход излучения для идеальной светоизлучающей гетероструктуры равен единице. В реальном случае значение этого параметра, как правило, не превышает 90% [16-19]. Внутренний квантовый выход светоизлучающей структуры определяется как соотношение числа сгенерированных фотонов к числу инжектированных в нее электронов за единицу времени или просто отношением излучательных и безылучательных переходов, т. е.

где I - сила пропускаемого прямого тока.

В идеале необходимо, чтобы все испускаемые активной областью фотоны выходили во внешнюю среду. Однако в реальных светодиодах часть фотонов все же остается внутри полупроводника. Как правило, потери возникают в результате поглощения испускаемого излучения в подложке, на интерфейсах и в электрических контактах. Указанные явления ведут к снижению квантового выхода. Обычно все невышедшие из светодиодной структуры фотоны преобразуются в тепловую энергию (фононы), которая рассеивается внутри кристаллической решетки полупроводника, повышая температуру гетероструктуры.

Помимо названных причин потерь фотонов существенный вклад вносит эффект полного внутреннего отражения, который состоит в локализации излучения внутри светодиодной структуры. Это явление

снижает вероятность выхода фотонов во внешнюю среду. Коэффициент оптического вывода определяется как отношение числа излученных светодиодом фотонов к числу фотонов, возникающих в активной области за единицу времени:

Это один из наиболее важных параметров светодиода, который отражает его качество. Современные методы изготовления позволяют получить nextract > 50%. Высокие значения, как правило, достигаются для видимого диапазона излучения при использовании комбинаций таких технологических приемов, как применение сложных эпитаксиальных гетероструктур, сильное утонение или полное удаление подложки и т.д. [20-23].

Внешний квантовый выход излучения светодиода определяется как отношение числа фотонов, испущенных светодиодом во внешнюю среду, к числу инжектированных в активную область электронов в единицу времени:

Коэффициент полезного действия светодиода определяется как

(1.4)

где I*V - произведение силы тока на напряжение или электрическая мощность, подаваемая на светоизлучающую гетероструктуру.

Как говорилось ранее, значительная часть генерируемого излучения светодиодов не выходит во внешнюю среду. Во многом это связано с высоким коэффициентом преломления полупроводниковой среды. Большая часть возникающего излучения отражается обратно в светодиодную структуру на границе раздела полупроводник-подложка (сапфир) [24], в результате чего она поглощается самой структурой.

Существует два основных метода улучшения внешнего квантового выхода, применяемые сейчас в оптоэлектронной промышленности — это технологий случайного текстурирования (random texturing) [25] и

отформованной сапфировой подложки (patterned sapphire substrate) [26, 27]. Далее рассмотрены основные конструкции реальных светоизлучающих гетероструктур. В зависимости от наличия сапфировой подложки и способа установки корпуса, светодиоды делятся на четыре вида (рис. 1.2).

В кристалле светоизлучающей гетероструктуры первого типа (рис. 1.2, а) слой p-GaN вместе с n- и p-электродами находится сверху. Электроды прикрепляются к выводам корпуса золотыми проволочками с использованием микросварки. В перевернутом светодиоде (рис. 1.2, б) сапфировая подложка находится сверху, а электроды присоединяются к подставке.

Рисунок 1.2 - Конструкции кристаллов светодиодов: а - светоизлучающая гетероструктура с отформованной сапфировой подложкой; б - перевернутая

светоизлучающая гетероструктура; в -тонкопленочная вертикальная светоизлучающая гетероструктура с текстурированной поверхностью n-GaN; г - тонкопленочная перевернутая светоизлучающая гетероструктура

Избавление от сапфировой подложки и использование проводящей основы дают ряд преимуществ в светоотдаче и рассеянии тепла. Для этого

обычно применяется специальные технологии отслаивания, в частности, Laser-lift-off от фирмы SemiLED [28, 29], позволяющая с помощью лазерного излучения и последующей обработки отделить сапфировую подложку от эпитаксиального слоя и создать тонкопленочный светодиод [30]. В вертикальном тонкопленочном светодиоде (рис. 1.2, в) n-электрод располагается наверху, а нижней частью структура устанавливается на теплоотвод. Четвертым вариантом является перевернутая тонкопленочная светоизлучающая гетероструктура (рис. 1.2, г). В этом случае, как и у обычной или перевернутой структуры n- и р-электроды расположены с одной стороны [31, 32].

Большинство светоизлучающих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N в настоящее время изготавливается на базе сапфировых подложек [33]. Также в последнее время начала развиваться альтернативная технология создания гетероструктур на подложках из карбида кремния (SiC). Наилучших результатов в создании таких светоизлучающих гетероструктур достигла компания Cree, имеющая большой опыт в разработке полупроводниковых структур на основе SiC [34, 35].

Технология выращивания нитридных светоизлучающих гетероструктур на SiC имеет некоторые преимущества по сравнению с более распространенной технологией, основанной на использовании сапфировой подложки. Одно из главных преимуществ - SiC имеет на порядок большую теплопроводность (3,8 Вт/смК у SiC, 0,3 Вт/смК у Al2O3) [36]. Это обеспечивает снижение влияния процессов саморазогрева гетероструктуры на ее мощностные характеристики и позволяет уменьшить деградационные процессы, возникающие при длительной эксплуатации структур, что особенно важно для мощных гетероструктур с большими плотностями пропускаемого тока [37]. Кроме того, кристаллическая решетка SiC ближе по своим параметрам к решетке GaN, чем сапфир. Это снижает концентрацию дислокаций и иных дефектов в нитридных светоизлучающих гетероструктурах, а также повышает квантовый выход излучения [38, 39].

Также одним из преимуществ SiC является возможность создания кристаллов с вертикальным механизмом протекания тока. Это может привести к уменьшению сопротивления гетероструктур и величины рабочего напряжения, потребляемой энергии и повышению КПД. Для приборов компании Cree эффективность составляет 55-75% [40]. Кроме того, за счет вертикального протекания тока и улучшения контактов удается снизить рабочее напряжение при рабочем токе на 20% [41]. Тем не менее, структуры на основе карбида кремния имеют и ряд недостатков, главный из которых -значительно более высокая стоимость приборов, создаваемых на их основе. Именно этот фактор в первую очередь обуславливает сравнительно редкое использование подложек SiC для создания светоизлучающих структур.

С 2005 года большую часть объема рынка светоизлучающих гетероструктур заняли две компании — Cree и Nichia Corporation. При этом компании используют различные технологические подходы: Cree в основном использует технологию создания нитридных светоизлучающих гетероструктур с эпитаксиальным выращиванием на SiC-подложках, а Nichia — на сапфировых подложках, причем доля таких СД в количественном выражении во много раз выше.

На сегодняшний день существует большое число различных методик, использование которых в рамках производства позволяет прогнозировать и обеспечивать требуемые характеристики светоизлучающих гетероструктур

[42]. Для контроля оптических и мощностных параметров чаще всего используются методы, основанные на применении интегрирующей сферы

[43]. В целом, для контроля и отбраковки излучающих структур во многих случаях предпочтительно использование оптических методик, т.к. они не требуют существенной модификации процессов тестирования и не удлиняют производственный цикл.

При создании мощных светоизлучающих гетероструктур часто используют кристаллы большой площади со сложной геометрией контактов. В таком случае для анализа надежности и температурных характеристик

гетероструктур важно знать не усредненную температуру активной области (АО), которая может быть рассчитана на основе теплового сопротивления, а распределение температуры по кристаллу. Такой способ анализа и представления информации об исследуемых структурах иногда называют температурным мэппингом (mapping) [44]. Пример измерения, произведенного указанным способом анализа, представлен на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 - Каналы токовой утечки, вызванные дефектами светодиодной гетероструктуры, визуализированные с использованием метода температурного мэппинга [44]

Современные излучающие гетероструктуры на основе (AlGaIn)N в большинстве случаев имеют перевернутую конструкцию с односторонним расположением контактов и тонкой активной областью, выращенной на изолирующей подложке. В связи с этим возникает значительная латеральная составляющая тока, плотность которого распределена по площади p-n-перехода неоднородно [45-47], что ведет к возникновению температурных

градиентов. Этот эффект приводит к деградации гетероструктур во время их эксплуатации. Известны и широко используются на практике косвенные методы измерения тепловых параметров светодиодов, основанные на температурных зависимостях их электрических [48] или спектральных [49] характеристик. К сожалению, такие методы имеют ряд недостатков, обладают недостаточной точностью или требуют значительных временных затрат для проведения тестирования.

1.2 Транзисторные гетероструктуры на основе твердых растворов

полупроводниковых нитридов

Основные характеристики транзисторных гетероструктур, в том числе и деградационные, задаются используемой материальной базой. Наиболее распространенными являются полупроводники группы AШBV и AIVBIV. Параметры основных материалов, используемых при создании СВЧ-приборов, представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 - Сравнение основных электрофизических параметров наиболее распространенных полупроводниковых материалов, используемых для создания СВЧ-приборов [50]

Ширина Тип перехода Относитель- Подвижность Напряженность Скорость Теплопро- JFM (фактор Рабочая

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Евсеенков Антон Сергеевич, 2019 год

Список литературы

1. Туркин А. Н. Нитрид галлия как один из перспективных материалов в современной оптоэлектронике // Компоненты и технологии. 2011. №5. С. 6-10.

2. Федоров Ю., Широкозонные гетероструктуры (Al,Ga,In)N и приборы на их основе для миллиметрового диапазона длин волн // Электроника НТБ. 2011. № 2. С. 92-107.

3. Юнович А. Э. Светодиоды на основе гетеро структур из нитрида галлия и его твердых растворов // Светотехника. 1996. Вып. 5/6. С. 2-7.

4. Золина К. Г., Кудряшов В. Е., Туркин А. Н., Юнович А. Э. Спектры люминесценции голубых и зеленых светодиодов на основе многослойных гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами // ФТП. 1997. Т. 31. № 9. С. 1055-1061.

5. Nakamura S., Senoh M., Mukai T. Highly p-type Mg doped GaN filmagrown with GaN buffer layers // Jpn. J. Appl. Phys. 1993. № 32. P. L1708-L1711.

6. Nakamura S., Senoh M., Iwasa N., Nagahama S. High-brightness InGaN blue, green and yellow light-emitting diodes with quantum well structures // Jpn. J. Appl. Phys. 1995. № 34. P. L797-L799 .

7. Бочкарева Н. И., Ефремов А. А., Ребане Ю. Т., Горбунов Р. И., Клочков А. В., Шретер Ю. Г. Неоднородность инжекции носителей заряда и деградация голубых светодиодов // ФТП. 2006. Т. 40. № 1. С. 122-127.

8. Васильева Е. Д., Закгейм А. Л., Снегов Ф. М., Черняков А. Е., Шмидт Н. М., Якимов Е. Б. Некоторые закономерности деградации синих светодиодов на основе InGaN/GaN // Светотехника. 2007. № 5. С. 30-32.

9. Ковалев А. Н., Маняхин Ф. И., Кудряшов В. Е., Туркин А. Н., Юнович А. Э. Изменения люминесцентных и электрических свойств светодиодов из InGaN/AlGaN/GaN при длительной работе // ФТП. 1999. Т. 33. Вып. 2. С. 224-232.

10. Юнович А. Э. Дивакансия азота — возможная причина желтой полосы в спектрах люминесценции нитрида галлия // ФТП. 1998. Т. 32. № 10. С. 1181-1183.

11. Полищук А. Г., Туркин А. Н. Деградация полупроводниковых светодиодов на основе нитрида галлия и его твердых растворов // Компоненты и технологии. 2008. № 2. С. 44-47.

12. Schreiner R., Fahle D., Schineller B, Brien D., Kalisch H., Heuken M., Vescan A., Strauch G., Growth of GaN, AlGaN and AlN Layers for LED Manufacturing: Investigations on Growth Conditions using a "Hotwall" MOCVD System // CS MANTECH Conference, May 16th-19th. 2011. Palm Springs. California. USA.

13. Jianguo Zhao, Xiong Zhang, Qian Dai, Nan Wang, Zili Wu, Shuchang Wang, Yiping Cui, Defects reduction in a -plane AlGaN epi-layers grown on r -plane sapphire substrates by metal organic chemical vapor deposition // Applied physics express. 2017. V. 10. №011002.

14. Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, Organometallic Vapor-Phase Epitaxy of Gallium Nitride for High-Brightness Blue Light-Emitting Diodes // Semiconductors and Semimetals. 1997. V. 48. P. 357-390.

15. Yu Jen Hsu, Lu-Sheng Hong, Lu-Sheng Hong, Jing En Tsay, Metalorganic vapor-phase epitaxy of GaN from trimethylgallium and tertiarybutylhydrazine // Journal of Crystal Growth. 2003. T. 252. №1. P.144-151.

16. Tzu-Yu Wang, Chi-Tsung Tasi, Chia-Feng Lin, Dong-Sing Wuu, 85% internal quantum efficiency of 280-nm AlGaN multiple quantum wells by defect engineering // Scientific Reports. 2017. V. 7. №14422.

17. Лундин В.В., Николаев А.Е., Сахаров А.В., Заварин Е.Е., Усов С.О., Сизов В.С., Закгейм А.Л., Черняков А.Е., Цацульников А.Ф., Высокоэффективные InGaN/GaN/AlGaN светодиоды с короткопериодной InGaN/GaN сверхрешеткой для диапазона 530 - 560 nm // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36, Вып. 89. С. 73-95.

18. Закгейм Д.А., Павлюченко А.С., Бауман Д.А. Мощные синие светодиоды InGaN -пути повышения эффективности // Тез. докл. 7-й Всероссийской конф. «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы». 2010. С. 105-106.

19. Бочкарева Н.И., Ребане Ю.Т., Шретер Ю.Г. Падение эффективности GaN-светодиодов при высоких плотностях тока: туннельные токи утечки и неполная латеральная локализация носителей в квантовых ямах InGaN/GaN // ФТП. 2014. Т. 48. Вып. 8. С. 1107-1116.

20. Поляков, А. Я, Смирнов Н. Б., Говорков А. В., Белогорохов И. А., Щербачев К. Д., Бублик В. Т., Авдеев О. А., Чемекова Т. Ю., Мохов Е.

H., Нагалюк С. С., Хелава Х., Макаров Ю. Н., Структурные и электрические свойства подложек AlN, используемых для выращивания светодиодных гетероструктур // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. 2010. № 2. С. 5862.

21. Fujii T., Gao Y., Sharma R., Hu E.L., DenBaars S.P., Nakamura S., Increase in the extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes via surface roughening // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. №6. С. 855-857.

22. Pearton S.J., Zolper J.C., Shul R.J., Ren F., GaN: Processing, defects, and devices // Appl. Phys. Lett. 1999. V.86. №1. P. 1-78.

23. Антипов А.А., Бараш И.С., Бублик В.Т., С.Ю. Курин, ЮМакаров Ю.Н., Мохов Е.Н., Нагалюк С.С., Роенков А.Д., Чемекова Т.Ю., Щербачев К.Д., Хелава Х. , Новые направления развития технологии производства ультрафиолетовых светодиодов // Материалы Электронной Техники. 2012. №

I. С. 52-56.

24. Fabrication of patterned sapphire substrate and effect of light emission pattern on package efficiency // OPTICAL MATERIALS EXPRESS. 2015. V. 5, №. 8. P. 1784-1791.

25. Windisch R., Rooman C., Meinlschmidt S., Kiesel P., Zipperer D., Dohler G., Impact of texture-enhanced transmission on high-efficiency surface-textured light-emitting diodes // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 79. P. 2315-2317.

26. Wang W.K., Wuu D.S., Lin S.H., Han P., Horng R.H., Hsu T.C., et al., Efficiency improvement of near-ultraviolet InGaN LEDs using patterned sapphire substrates // IEEE Journal of Quantum Electronics. 2005. V.41. I. 11, P. 1403-1409.

27. Chang SJ, Lin YC, Su YK, Chang CS, Wen TC, Shei SC, et al. Nitride-based LEDs fabricated on patterned sapphire substrates // Solid State Electron. 2003. V.47. P.1539-1542.

28. Aurelien D., Tetsuo F., Brendan M., Shuji N., Denbaars S., Weisbuch C., Benisty H., Photonic crystal laser lift-off GaN light-emitting diodes // Applied physics letters. 2006. V.88. №133514. P. 1-3.

29. Tetsuzo Ueda, Masahiro Ishida and Masaaki Yuri, Separation of Thin GaN from Sapphire by Laser Lift-Off Technique// Japanese Journal of Applied Physics. 2011. V. №4. P. 041001.

30. Смирнова И.П., Л.К. Марков, Д.А. Закгейм, Е.М. Аракчеева, М.Р. Рымалис, Синие флип-чип светодиоды на основе AlGaInN с удаленной сапфировой подложкой // ФТП. 2006. Т. 40. №11 С. 1397-1401.

31. Ray-Hua Horng, Shao-Hua Huang, Chiao-Chih Yang //Efficiency Improvement of GaN-Based LEDs with ITO Texturing Window Layers Using Natural Lithography // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2006. V. 12. I. 6. P. 1196-1201.

32. Саврук Е., Получение периодических наноструктур y-Al2O3 при воздействии лазерного излучения// наноэлектроника нанотехнология фотоника физическая и плазменная электроника. 2011. №2. С. 52-54.

33. Akasaki I., Amano H., Organometallic Vapor-Phase Epitaxy of Gallium Nitride for High-Brightness Blue Light-Emitting Diodes // Semiconductors and Semimetals. 1997. Vol. 48. P. 357-390.

34. Edmond J., Lagaly J., Developing nitride-based blue LEDs on SiC substrates // Applying Materials Science and Engineering. 1997. V. 49. № 9. P. 2426.

35. Enisherlova K.L., Rusak T. F., Korneev V.I., Zazulina A.N., Effect of SiC substrate properties on structural perfection and electrical parameters of AlGaN/GaN layers // Modern Electronic Materials. 2017. V.3. I. 1. P. 50-56.

36. Yoon-Soo Park, Willardson R.K., Weber E.W., SiC materials and devices // Academic Press. 1998. V.52.

37. Мальцев А.А., Контроль надежности и качества светодиодов по разбросу тепловых параметров //Научно-технический вестник Поволжья, 2016, №6, С. 86-88.

38. Кудряшов В., Мамакин С., Туркин А., Юнович А., Ковалев А., Маняхин Ф., Спектры и квантовый выход излучения светодиодов с квантовыми ямами на основе гетероструктур из GaN — зависимость от тока и напряжения // ФТП. 2001. Т 35. № 7. С. 861-868.

39. Туркин А. Н. Нитрид галлия как один из перспективных материалов в современной оптоэлектронике // Компоненты и технологии. 2011. № 5. С. 64-68

40. Туркин А. Н. Мощные светодиоды CREE для освещения: основные преимущества и перспективы применения // Полупроводниковая Светотехника. 2009. № 2. С. 36-38.

41. Полищук А. Г., Туркин А. Н. Новое поколение светодиодов компании Cree для освещения // Автоматизация в промышленности. 2008. № 7. C. 20-23.

42. Берг А., Дин П. Светодиоды. - М.: Мир, 1979.

43. Оптические измерения. Уч. пособие / А.М. Борбат и др. - Киев: Техника, 1967.

44. Закгейм А.Л., Курышев Г.Л., Мизеров М.Н., Половинкин В.Г., Рожанский И.В., Черняков А^., Исследование тепловых процессов в мощных InGaN/GaN флип-чип светодиодах с использованием инфракрасной тепловизионной микроскопии// ФТП. 2010. Т. 44. Вып. 3. С. 390-396.

45. Shchekin O.B., Epler J.E., Trottier T.A., Margalith T., Steigerwald D.A., Holcomb M.O., Martin P.S., Kramers M.R., High performance thin-film

flip-chip InGaN-GaN light-emitting diodes // Appl. Phys. Lett. 2006. V.89. I.7. № 071109. P.1-3.

46. Guo X., Shubert E.F., Current crowding and optical saturation effects in GalnNOGaN light-emitting diodes grown on insulating substrates // Appl. Phys. Lett. 2001. V.78. I.21. P.3337-3339.

47. Shatalov M., Simin G., Avidarahan V., Chitnis A., Wu S., Pachipulusu R., Mandavilli V., Simin K., Zhang J., Yang J., Khan A., // Appl. Phys.Lett. 2002. V. 41 I.8. P. 5083-5087.

48. Xi Y., Schubert E.F, Junction-temperature measurement in GaN ultraviolet light-emitting diodes using diode forward voltage method // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85 I.12. P.2163-2167.

49. Xi Y., Xi J.-Q., Gessmann Th., Shah J.M., Kim J.K., Schubert E.F., Fischer A.J., Crawford M.H., Bogart K.H.A., Allerman A.A., Junction and carrier temperature measurements in deep-ultraviolet light-emitting diodes using three different methods // Appl. Phys. Lett. 2005. T. 86 I.3. P.1907-1909.

50. Мейлихов Е. 3., Лазарев С. Д., Электрофизические свойства полупроводников. (Справочник физических величин), М., 1987

51. Sheng S. L., Semiconductir Physical Electronics // Departament of Electrical and Computer Engineering, 2006.

52. Lenka T.R., Panda A.K., Characteristics Study of 2DEG Transport Properties of AlGaN/GaN, AlGaAs/GaAs-based HEMT // Физика и техника полупроводников, 2011, Т. 45, В. 5, С. 660-665.

53. Тихомиров В.Г., Земляков В.Е., Цацульников А.Ф., Волков В.В., Парнес Я.М., Янкевич В.Б. // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2015. Т. 2. № 1. С. 184-187.

54. He Xiao-Guang, Zhao De-Gang, Jiang De-Sheng, Formation of two-dimensional electron gas at AlGaN/GaN heterostructure and the derivation of its sheet density expression // Chin. Phys. B. 2015. Vol. 24. No. 6. 067301. P. 1-5.

55. Шахнович И., Твердотельный СВЧ-приборы и Технологии. Состояние и Перспективы // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2005. №5. С. 58-65.

56. Jong-Soo Lee, Vescan A., Wieszt A, Dietrich R, Leier H, Young-Se Kwon, Small signal and power measurements of AlGaN/GaN HEMT with SiN passivation // Electronics Letters. 2001. V. 37, I.2, P. 130-132.

57. Васильевский И.С., Виниченко А.Н., Грехов М.М., Гладков В.П., Каргин Н.И., Странов М.Н., Технология и электронные свойства PHEMT-квантовых ям AlGaAs/Iny(z)Ga1-y(z)As/GaAs с переменным профилем состава // Физика и техника полупроводников, 2014, Т. 48, Вып. 9, С. 12581264.

58. Yagia S. Shimizua M., Inadaa Y., Yamamotoa, Okumuraa H., Yanob Y., Akutsub N., Ohashia H., High breakdown voltage AlGaN/GaN MIS-HEMT with SiN and TiO2 gate insulator // Solid-State Electronics. 2006. V. 50. P. 10571061.

59. Pezoldt J., Grieseler R., Schupp T., Donat J., Schaaf P., Mechanical Properties of Cubic SiC, GaN and AlN Thin Films // Materials Science Forum. 2012. V. 717-720. P. 513-516.

60. Wu Y.F., Saxler A., Moore M., Smith R.P., Sheppard S., Chavarkar P.M., Wisleder T., Mishra U.K., Parikh P., AlGaN/GaN high-electron mobility transistors with low thermal resistance grown on single-crystal diamond (111) substrates by metalorganic vapor-phase epitaxy // IEEE Electron. Dev. Lett. 2004. V. 25. I.3. P. 117-120.

61. Kazutaka T., Kazutoshi M., Yasushi K., Hiroyuki S., Keiichi M., Shinji., Hisao K., Yoshiharu T., Kunio T., X-band AlGaN/GaN HEMT with over 80W Output Power // 2006 IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium. 2006. P. 265-268.

62. Pengelly S.R., Wood S.M., Milligan J.W., Sheppard S.T., Pribble W.L., A Review of GaN on SiC High Electron-Mobility Power Transistors and

MMICs // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2012 V. 60. № 6.

63. Гольцова М., Moщные GaN-транзисторы. Истинно революционная технология // Электроника: наука, технология, бизнес. 2012. № 4. С. 86-100.

64. Maier T., Carrubba V., Quay R., Raay F., Ambacher O., Active Harmonic Source - Load-Pull Measurements of AlGaN/GaN HEMTs at X-Band Frequencies // 83rd ARFTG Microwave Measurement Conference. 2014. P. 1-4.

65. Charbonniaud C., Gasseling T., De Meyer S., Quere R., Teyssier J.P., Barataud D., Nebus J.M, Martin T., Grimbert B., Hoel V., Caillas N., Morvan E., Power Performance Evaluation of AlGaN/GaN HEMTs through Load Pull and Pulsed I-V Measurements // 12th GAAS Symposium - Amsterdam. 2004. P. 163166.

66. Carrubba V., Quay R., Maroldt S., MuBer M., Raay F., Ambacher O., Source/Load Pull Investigation of AlGaN/GaN Power Transistors with UltraHigh Efficiency // GeMiC 2014. March 10-12. 2014. Aachen, Germany. P.1-4.

67. Тарасова Е.А., Оболенская Е.С., Хананова А.В., Оболенский С.В., Земляков В.Е., Егоркин В.И., Неженцев А.В., Сахаров А.В., Цацульников А.Ф., Лундин В.В., Заварин Е.Е., Медведев Г.В., Теоретические и экспериментальные исследования вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик HEMT структур и полевых транзисторов // Физика и техника полупроводников. 2016. Т. 50. В. 12. С. 1599-1604.

68. Тарасова Е.А., Хананова А.В., Оболенский С.В., Земляков В.Е., Свешников Ю.Н., Егоркин В.И., Иванов В.А., Медведев Г.В., Смотрин Д.С., Исследование распределения электронов в GaN и GaAs структурах после у-нейтронного облучения // Физика и техника полупроводников, 2016, Т. 50, В. 3, С. 331- 338.

69. Ковалев А. Н., Маняхин Ф. И., Кудряшов В. Е., Туркин А. Н., Юнович А. Э., Изменения люминесцентных и электрических свойств

светодиодов из InGaN/AlGaN/GaN при длительной работе // ФТП, 1999, Т. 33, Вып. 2. С. 192-199.

70. Chou Y.C., Leung D., Smorchkova I., Wojtowicz M., Grundbacher R., Callejo L. et al, "Degradation of AlGaN/GaN HEMTs under elevated temperature lifetesting," // Microelectronics Reliability. 2004. V. 44. P. 10331038.

71. ГОСТ 11630-84 «Приборы полупроводниковые. Общие технические условия».

72. ГОСТ РВ 5900-004-2016 «Изделия электронной техники СВЧ диапазона. ОТУ».

73. ГОСТ РВ 5963-004-2016 «Изделия электронной техники СВЧ диапазона. Модули твердотельные. Групповые технические условия».

74. Kim H., Tilak V., Green B.M., Smart J.A., Schaff W.J., Shealy J.R., and Eastman L.F., Degradation characteristics of AlGaN/GaN high electron mobility transistors // IEEE Rel. Phys. Symp. 2001. P. 214-218.

75. Андреев А. А., Грищенко Ю. В., Езубченко И. С., Занавескин М. Л., Майборода И. О., Рудик М. А., Федоров Ю. В., Изучение влияния дефектов в зародышевых слоях AlGaN на утечки в гетероструктурах для транзисторов с высокой подвижностью электронов журнал радиоэлектроники. 2015. №1. С. 1-14.

76. Шмидт Н.М., Усиков А.С., Шабунина Е.И., Черняков А.Е., Сахаров А.В., Курин С.Ю., Антипов А.А., Бараш И.С., Роенков А.Д., Макаров Ю.Н., Helava Н., Исследование деградации внешней квантовой эффективности ультрафиолетовых светодиодов на основе гетероструктур AlGaN/GaN, выращенных методом хлоридно-гидридной эпитаксии // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. Вып. 13. С. 73-80.

77. ГОСТ 25359-82 «Изделия электронной техники. Общие требования по надежности и методы испытаний».

78. Шевченко Е.А., Жмерик В.Н., Мизеров А.М., Ситникова А.А., Иванов С.В., Торопов А.А., Квантово-размерный эффект Штарка и

локализация носителей в квантовых ямах AL0.3GA0.7N/AL0.4GA0.6N C различной морфологией // Физика и техника полупроводников. 2012. Т. 46. № 8. С. 1022-1026.

79. Miller A.B, Chemla D.S., Damen T.C., Gossard A.C., Wiegmann W., Wood T.H., Burrus C.A., Band-Edge Electroabsorption in Quantum Well Structures: The Quantum-Confined Stark Effect // Phys. Rev. Lett. 1984. T. 53. P. 2173-2177.

80. Van Daelea B., Van Tendeloo J., Derluyn J., Shrivastava P., Lorenz A., Leys M.R., Germain M., Mechanism for Ohmic contact formation on Si3N4 passivated AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors // APPLIED PHYSICS LETTERS. 2006. V. 89. №201908. P. 1-3.

81. Кутков И.В., Пехтелев М.И., Качественный и количественный анализ пленок нитрида кремния методом ИК-спектроскопии // Доклады ТУСУРа. 2014. № 1 (31). С. 92-94.

82. Gassoumi M., Mosbahi H., Zaidi M.A., Gaquiere C., Maaref H., Effect of surface passivation by SiN/SiO2 of AlGaN/GaN high-electron mobility transistors on Si substrate by deep level transient spectroscopy method // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47. № 7. С. 1002-1005.

83. Tomoki Oku, Yoshitaka Kamo, Masahiro Totsuka, AlGaN/GaN HEMTs passivated by Cat-CVD SiN Film // Thin Solid Films. 2008. V. 516, I. 5. P. 545-547.

84. Тауц Я. Оптические свойства полупроводников. М.: Мир, 1967.

Приложения

Приложение 1. Акт использования результатов диссертационных исследований в АО «Светлана- Электронприбор»

Ф

ИЦИШИН A(|j*iiMff»««ir СШШС1ВС

п1= и

ьш ЛЕ п о

Акционерное общество

«Светлана-Электронприбор»

194156, Сангт-Петербур!, Энгельса пр., л. 2?. литер С, nou. 2-Н телефон: [phone], фокс: (812) 354 03 KU ИНН 7802070277. КПП 780201001. ОГРН 1027801Я3241. ОКНО 3144663J рс 40702810380000001580 а Филиал ОПЕРУ Банка ВТБ (ПАО) а Саыкг-Пстербургс _КИК (44030704. к/с 30101810200000000704 e-mail: malIiqsvcHiiiui-cp.nl

Акт использования Результатов диссертационных исследований Евссснкова Антона Сергеевича на тему «электро-, термо- и фотоактивирующие процессы при прогнозировании и обеспечении требуемых энергочастотных и деградационных параметров свеюизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AIGaln)N» Настоящим акюм свидегсльсгвуе.м о том. что материалы лиссертационной работы Евсеснкова Антона Сергеевича на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 0S.27.0I- Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и ианоэлектроника. приборы на квантовых эффектах используются в работе «Светлана-Электронприбор» для разработки технологий создания и оценки энергочастотных и деградационных параметров приборов на основе твердых растворов (AlGaln)N.

Разработанные Евссенковым A.C. рекомендации легли в основу технологических процессов и оснастки, предназначенных для термостабилизации полученных образцов. Внедрение этой технологии позволило увеличизъ равномерность распределения энергочастотных параметров внутри одной партии приборов.

Одним из предметов работы Ьвсеенкова A.C. была также разработка деградационных испытаний гегерострукгур на основе твердых растворов (AlGaln)N. Это позволило выявлять потенциально ненадежные приборы на ранних стадиях технологического процесса.

АО «Светлана-Электронпрнбор» не имеет финансовых обязательств, а Евсеенков A.C. не имеет материальных претензий по поводу использования технических рекомендаций по разработке и анализу деградационных и энергочастотных параметров приборов на основе твердых растворов (AlGaln)N.

Директор по науке и научно-техническому развитию

Начальник отдела разработки и производства приборов на основе АЗВ5 и А4В4

В.Н. Вьюгинов

A.A. Зыбин

Приложение 2. Характеристики полученных гетероструктур

Таблица П2.1 - Параметры созданных транзисторных гетероструктур, измеренные на частоте 2.9 ГГц

2,9 ГГц,

№ пластины К Ртах,с1Вт (Э А (1с|5тах/2) Ртах Зс1Ь, (Р1п/РсиЛ) с!Бт Стах,с1Б @ А (1с)5ппа)</2) Ро1Л, Вт Рои!, &т/мм

712с 2x120 30.2 8/28,7 18.9 1.0 4.4

6x120 35.7 14,3/33,4 20.1 3.7 5.1

10x120 38.1 22,5/38,1 18.5 6.5 5.4

2x360 35.1 15,2/32,2 15.2 3.2 4.5

6x360 40.3 23,1/38,4 16.3 10.7 4.9

10x360 41.4 25,5/39,7 15.1 13.8 3.7

720а 1 2x120 31 15,7/30,3 17.6 1.3 5.2

6x120 36.6 21,3/35,9 17.6 4.6 6.3

10x120 39 24,9/38,6 16.7 7.9 6.6

2x360 36.4 21,5/35,1 16.6 4.4 6.0

6x360 41 27,7/40,3 15.6 12.6 5.8

10x360 41.6 — 13.8 14.5 3.9

719 Ь1 2x120 31.3 16,1/30,6 17.5 1.3 5.6

6x120 36 19,7/35,9 19.2 4.0 5.5

10x120 38.8 24,3/38,7 17.4 7.6 6.3

2x360 35.7 22,3/35,7 16.4 3.7 5.1

6x360 40 25,9/39,3 16.3 10.0 4.6

10x360 41.6 28,8/41,2 15.3 14.5 3.9

720Ы 2x120 29.3 13,4/28,5 18.1 0.9 3.5

6м120 35.2 19,1/34,3 18.1 3.3 4.6

10x120 38.3 23,1/37,7 17.6 6.8 5.6

2x360 35.5 20,1/34,1 17 3.5 4.9

6x360 40.4 26,1/39,4 16.3 11.0 5.0

10x360 41.7 29,3/41,2 14.8 14.8 4.0

718аЗ 2x120 31 14,8/29,4 17.6 1.3 5.2

6x120 36.5 22,7/36,4 16.7 4.5 6.2

10x120 38.9 — 15.7 7.8 6.4

2x360 36.2 22,8/35,9 16 4.2 5.8

6x360 40.5 28,7/40,4 14.7 11.2 5.2

10x360 41 — 13.1 12.6 3.4

10а1 2x120 30.9 13,7/29,4 18.7 1.2 5.1

6x120 36 20,2/35,2 18 4.0 5.5

10x120 38.6 22,6/37,8 18.2 7.2 6.0

2x360 36.6 21,9/35,7 16.8 4.6 6.3

6x360 41.2 28,3/40,7 15.4 13.2 6.1

10x360 42.1 30/4/42 14.7 16.2 4.4

715а 1 ГР 2.9вН1 2x120 31.1 17.5 1.3 5.4

6x120 36.3 20,6/36,1 18.4 4.3 5.9

10x120 38 22,4/37,5 18.2 6.3 5.3

2x360 35.9 22,6/35,6 16.1 3.9 5.4

6x360

10x360 40.6 .... 12.4 11.5 3.2

715а2 ГР 2,56Нг 2x120 31.1 14,3/30 18.6 1.3 5.4

6x120 36.2 19Д/35Д 18.7 4.2 5.8

10x120 38.4 23,6/37,6 17 6.9 5.8

2x360 35.8 21,6/35,3 16.7 3.8 5.3

6x360 39.3 28,6/39,3 13.7 8.5 3.9

10x360 39.8 — 13.2 9.5 2.7

715Ь2 ЦЗйНг 2x120 31.2 14,3/30 18 1.3 5.5

6x120 35.7 19,6/35,2 18.6 3.7 5.2

10x120 37.5 21/36,6 18.3 5.6 4.7

2x360 35.3 21/34,7 16.7 3.4 4.7

6x360 40.3 27,5/40 15.5 10.7 5.0

10x360 40.8 — 14.3 12.0 3.3

715аЗ 2,9СИг 2x120 30.4 14,3/29,4 18.2 1.1 4.6

6x120 35.4 18,7/34,4 18.7 3.5 4.8

10x120 38.1 22,6/37,4 17.8 6.5 5.4

2x360 35.1 19,9/34,2 17.4 3.2 4.5

6x360 39.8 26/38 15.9 9.5 4.4

10x360 40.9 - 14.5 12.3 3.4

Таблица П2.2 - Параметры созданных транзисторных нитридных гетероструктур, измеренные на частоте 9 ГГц

9 ГГц

№ пластины К Ртах, <1Вт@А(1с15тах/2) РтахЗсШ, (Рт/Рои^сШт Стах, (1В @ А (1сктах/2) Роиг, Вт Рои!, Вт/мм

715а2 РР 9СНг 2x120 29.2 22,6/28,7 9.2 0.8 3.5

6x120 33.8 27,7/32,3 7.6 2.4 3.3

10x120 35 31,4/33,8 5.4 3.2 2.6

2x360 32.6 28,4/32 6.7 1.8 2.5

6x360 27.8 ... 0 0.6 0.3

10x360

715Ь2 ЭвНг 2x120 29.2 23/29 9 0.8 3.5

6x120 34 28,4/33,7 8.3 2.5 3.5

10x120 34.6 30,4/34,4 7 2.9 2.4

2x360 32.7 28,6/32,3 6.7 1.9 2.6

6x360 36.4 34,9/36,4 4.5 4.4 2.0

10x360

715аЗ ЭйНг 2x120 28 21,1/27,1 9 0.6 2.6

6x120 33.5 27,4/32,9 ьо оо 2.2 3.1

10x120 35.8 30,9/35,2 7.3 3.8 3.2

2x360 33.2 29,7/33 Д 6.3 2.1 2.9

6x360 35.9 33,7/35,5 4.8 3.9 1.8

10x360

Таблица П2.3 - Параметры созданных нитридных светоизлучающих

гетероструктур

№ Пиковая длина волны излучения Мощность излучения, мВт Полуширина интенсивности излучения, нм КПД, %

УФ 355 365 0.9 15 0.9

УФ 370 370 23 15 6.4

114 436 12 15 3.8

115 446 5 14 1.3

116 441 14 18 2.1

117 441 7 15 1.7

Таблица П2.4 - Выход годных нитридных транзисторных гетероструктур

Толщина затвора, мкм Годные, %

2016_01 2016_02 2016_03 2016_04 2017_01 2017_02 2017_03 2017_04

2x120 63% 22% 8% бб% 88% 89% 88% 95%

6x120 61% 20% 2% 60% 84% 83% 88% 93%

10x120 59% 17% 3% 43% 71% 69% 61% 92%

6x360 30% 13% 6% 66% 17% 63% 16% 75%

10x360 26% 2% 6% 46% 10% 50% 11% 65%

Таблица П2.5 - Максимальная частота генерации транзисторных гетероструктур

для созданных

Ширина затвора_ мкм Ртах,

1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 12 1 13 1 14 1 15 1 16

2x120 42 42 40 40 40 32 40 40 40 40 50 50 50 50 35 40

6x120 42 42 33 32 31 32 30 33 35 34 40 48 50 27 30 27

10x120 30 30 26 20 22 22 20 26 30 30 35 45 24 22 22 21

2x360 19 21 18.5 15.5 16 20.5 18 17 25.5 21 12 45 30 40 15 30

6x360 17.5 21 15.5 13.5 13.5 15.5 15 15.5 25.5 - 40 45 24 23 12 21

10x360 14 21 13.5 11 11.5 14 13 13 25.5 16.5 35 40 20 19 11 18

Таблица П2.6 - Пример статистической обработки для максимального тока сток-исток у 11 пластин на карбиде кремния

Таблица П2.7 - Пример статистической обработки для напряжения сток-затвор у 11 пластин на карбиде кремния при достижении тока в 300 мкА