Elektronika V1 - 1.semestr

2.1.7 Submikronové a heterogenní součástky.

Nejpoužívanější PV materiály na součástky pro tzv. rychlou elektroniku:

• křemík

• binární PV sloučeniny AIII BV (GaAs, InP, GaSb, ….)

• ternární PV sloučeniny (AlGaAs, GaInAs, ….)

• kvartenární tuhé roztoky na bázi GaAs (GaInAsP)

• supermřížkové polovodiče - periodická struktura složená ze dvou různých materiálů s délkou periody ∼ 10nm (struktura GeSi/Si, AlGaAs/GaAs, ….)

Tranzistor MESFET

• MESFET (Metal-Schottky-FET)

• unipolární tranzistor řízený elektrickým polem s neizolovaným hradlem

  • hradlová elektroda (napařená vrstva Al) tvoří s kanálem N Schottkyho diodu

  • proud mezi S a D v kanálu lze ovlivňovat napětím hradla (po přiložení záporného napětí rozšíření ochuzené vrstvy ⇒ snížení vodivosti ⇒ zmenšení proudu kanálem)

• používaný materiál – GaAs, Si, InP, InGaAs

• výhody:

  • nižší teplota zpracování (v porovnání s teplotou při difúzi)

  • není přechod PN (v některých materiálech se těžko realizuje)

• vlastnosti a použití:

  • vhodné pro velmi vysoké kmitočty (100GHz)

  • spínací časy ∼ ps

  • zesilovače se vyznačují nízkým šumem

Součástky QCD

• QCD (Quantum Coupled Devices) – kvantově vázané součástky

• využívají kvantových jevů v aktivních částech struktury

• délka aktivních částí je asi 20nm ( = srovnatelná s vlnovou délkou elektronů) – vznikají kvantové jámy ⇒ vznik oblastí záporného diferenciálního odporu

• perspektivní využití v mikrovlnných součástkách (fτ až 1012 Hz)

• očekávaná hustota integrace až 1010 součástek na cm2

• nutno zajistit kvalitní rozhraní na heteropřechodech ( = přechod mezi dvěma polovodiči s různou šířkou zakázaného pásu)

  • volbou vhodných materiálů (AIII BV)

  • způsobem přípravy - technologie

    • MBE (epitaxe z molekulárních svazků)

    • MOVCD (chemická depozice vrstev z organokovových sloučenin)

  • střídání intrinzických oblastí s oblastmi vodivosti P nebo N

  • odstupňované přechody (postupná změna složení vrstev ⇒ pozvolná změna mřížkové konstanty) – gradované (odstupňované) polovodiče

• příklad součástky se sendvičovou strukturou - rezonančně tunelující dioda s kvantovou jámou

• DBQW (dvojbariérová kvantová jáma) – sériová struktura s několika vrstvami

• tranzistorové heterostruktury na bázi klasického i rezonančního tunelování s kvantovou jámou

  • HBT – heterogenní bipolární tranzistor

  • HET (Hot Electron Transistor)

  • THETA (Tunneling Hot Electron Transfer Amplifier)

  • RTT (Resonant Tunneling Transistor)

  • RHET (Resonant Tunneling Hot Electron Transistor)

• vlastnosti:

  • průletová doba ∼ 0,1ps ⇒ mezní kmitočty do 1012 Hz

  • zesilovací činitel pro zapojení SB α=0,92 až 0,96

Unipolární struktura HEMT

• HEMT (High Electron Mobility Transistor) – tranzistor s vysokou hodnotou pohyblivosti nosičů náboje v kanálu

• vlastnosti:

  • oproti MESFET má

    • vyšší mezní frekvenci

    • menší šum

    • větší výkonové zesílení

    • velmi tenký kanál (méně než 10nm)