ДИОДЫ НА TaN/NiGe/Au ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПРИЕМНОГО ТРАКТА СВЧ-АППАРАТУРЫ ОТ ПРЕДНАМЕРЕННЫХ ДЕСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Константин С. Алексеев, Леонид А. Бадигин, Иван С. Васильевский, Лев Я. Литовский, Наталья В. Сигловая, Дмитрий Н. Яковишин

Аннотация


Работа посвящена разработке и исследованию планарного диодного элемента на основе тонкой пленки нитрида тантала и контактной металлизации Ni/Ge/Au для применения в монолитных интегральных схемах (МИС) сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона. Предложенный подход направлен на создание нелинейного защитного элемента, совместимого с маршрутом GaAs pHEMT и не требующего введения отдельного полупроводникового активного слоя. Исследуемые образцы изготавливались на подложке Si/SiO2: методом магнетронного напыления формировалась пленка нитрида тантала толщиной 130 нм, затем наносилась металлизация Ni/Ge/Au/Ni/Au с толщинами слоев 5/18/36/160 нм, после выполнялся быстрый термический отжиг при 370°C в течение 2 мин и формировалась верхняя металлизация Ti/Pt/Au толщиной 40/25/500 нм. Топология структур создавалась методом взрывной фотолитографии. Для структур с различной площадью активной области были измерены вольтамперные характеристики (ВАХ) и извлечены параметры эквивалентной диодной модели. Установлено, что исследуемые элементы имеют нелинейную и несимметричную вольтамперную характеристику, напряжение включения порядка 1,7 В и напряжение пробоя – 2 В при обратном смещении. Коэффициент идеальности составил 9,66, произведение величины последовательного сопротивления на площадь активной области – 0,000178 Ом умножить на см2, плотность обратного тока насыщения – 0,00384 А делить на см2. Полученные результаты подтверждают формирование нелинейного диодного отклика на границе пленки нитрида тантала и контактной металлизации. Используемые операции формирования TaN и вжигания Ni/Ge/Au уже присутствуют в базовой технологии, поэтому предложенная структура может быть реализована без усложнения и переработки конструкции полупроводниковой гетероструктуры, а также сохраняет совместимость с серийными СВЧ-процессами. Практическая значимость работы состоит в возможности интеграции такого элемента в СВЧ МИС для преобразования сигналов, ограничения мощности и построения защитных шунтирующих цепей. Полученные данные могут быть использованы при проектировании компактных ограничителей входных каскадов приемной аппаратуры, а предложенное решение расширяет компонентную базу GaAs pHEMT.

Ключевые слова


СВЧ МИС, GaAs pHEMT, нитрид тантала, контактная металлизация Ni/Ge/Au, планарный диодный элемент, шунтирующий ограничитель

Полный текст:

PDF

Литература


1. Woo J.-M., Kim J.H., Won J.-H., Yu D. Design and analysis of an adjustable diode-integrated waveguide-based electromagnetic pulse limiter for microwave receiver. IEEE Access. 2024, v. 12, pp. 41066-41073. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3376743.

2. Shen J., Liu J., Lin M., Wu Z., Deng S. A microwave limiter with non-reciprocal limiting threshold. Electronics Letters. 2023, v. 59, no. 2. Article e212730. DOI: http://dx.doi.org/10.1049/ell2.12730.

3. Jeon, Y., Koo, J., Ahn, M., & Yang, Y. (2026). Design of a Receiver Path with Self-Developed Limiter MMIC of X-Band for AESA Radar Systems. Electronics, 15(6), 1272. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/electronics15061272.

4. Li S., Wang L., Wu B. et al. High power X-band monolithic GaAs PIN balanced limiter. IEEE Transactions on Power Electronics. 2023, v. 38, no. 4, pp. 4623-4631. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TPEL.2022.3232612.

5. Zhu H.-R., Wang J. Miniaturized, ultrawideband and low insertion loss Ku-band GaAs on-chip limiter by improved π-type topology with capacitive loading. IEEE Transactions on Electron Devices. 2023, v. 70, no. 3, pp. 971-978. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TED.2023.3239056.

6. Zhang Y., Zhou L., Pan F., Mao J.-F. Design and failure mechanism analysis of a high-power limiter at DC–6 GHz with GaAs PIN technology. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2025, v. 67, no. 1, pp. 227-236. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TEMC.2024.3493458.

7. Yang L., Yang L.-A., Rong T., Li Y., Jin Z., Hao Y. Codesign of Ka-band integrated GaAs PIN diodes limiter and low noise amplifier. IEEE Access. 2019, v. 7, pp. 88275-88281. DOI:
https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2923210.

8. Zhao R., Kang X., Zheng Y., Wu H., Gao J., Wei K., Liu X. Fast recovery performance and design method for high-power microwave limiter using GaN-SBD technology. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2024, v. 72, no. 8, pp. 4822-4832. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2024.3360246.

9. Wu H., Kang X., Zheng Y., Shang H., Wei K., Liu X. Fast recovery DC–10 GHz limiter MMIC using AlGaN/GaN SBD technology. IEEE Transactions on Electron Devices. 2025, v. 72, no. 12, pp. 6650-6655. DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2025.3629002.

10. Papageorgiou V., Khalid A., Li C., Steer M.J., Cumming D.R.S. Integration techniques of pHEMTs and planar Gunn diodes on GaAs substrates. Solid-State Electronics. 2014, v. 102, pp. 87-92. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sse.2014.06.006.

11. Dobush, I.M., Vasil’evskii, I.S., Zykov, D.D., Bragin, D.S., Salnikov, A.S., Popov, A.A., Gorelov, A.A.,
& Kargin, N.I. (2021). Development of a 0.15 μm GaAs pHEMT Process Design Kit for Low-Noise Applications. Electronics, 10(22), 2775. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics10222775.

12. Lee H.J., Tse M.S., Radhakrishnan K., Prasad K., Weng J., Yoon S.F., Zhou X., Tan H.S. Characterization of Ni/Ge/Au/Ni/Au contact metallization on AlGaAs/InGaAs heterostructures for pseudomorphic heterojunction field effect transistor application. Materials Science and Engineering: B. 1995, v. 35, pp. 234-238. DOI: https://doi.org/10.1016/0921-5107(95)01413-6.

13. Shappirio J.R., Lareau R.T., Lux R.A., Finnegan J.J., Smith D.D., Heath L.S., Taysing-Lara M. Metal penetration and dopant redistribution beneath alloyed ohmic contacts to n-GaAs. Journal of Vacuum Science & Technology A. 1987, v. 5, no. 4, pp. 1503-1507. DOI: https://doi.org/10.1116/1.574590.

14. Каргин, Н.И., Кузнецов, А.Л., Сейдман, Л.А., Чашкин, Н.А., Шостаченко, С.А. (2014). Формирование омических контактов в транзисторе с высокой подвижностью электронов с метаморфным гетеропереходом на основе арсенида галлия (обзор). Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы, 1, 75-84. EDN: SHDKAV.
Kargin, N.I., Kuznetsov, A.L., Seidman, L.A., Chashkin, N.A., Shostachenko, S.A. (2014). Formation of ohmic contacts in the high electron mobility transistor with metamorphic heterojunction based on gallium arsenide (review). Elektronnaya Tekhnika. Seriya 2. Poluprovodnikovye Pribory, 1, 75-84. EDN: SHDKAV (in Russian).

15. Cheung S.K., Cheung N.W. Extraction of Schottky diode parameters from forward current-voltage characteristics. Applied Physics Letters. 1986, v. 49, no. 2, pp. 85-87. DOI: https://doi.org/10.1063/1.97359.

16. Islam, M.T., Efeoglu, H. Temperature-Dependent I–V Characteristics of Schottky Diodes: A Comprehensive Review of Barrier Height, Ideality Factor, and Series Resistance. J. Electron. Mater. 54, 10824-10857 (2025). DOI: https://doi.org/10.1007/s11664-025-12432-2.




DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2026.4.13

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.