УДК 621. 382


Комов А.Н., Чепурнов В.И.,
использовались полированные пластины монокристаллического кремния
Фридман Т.П.
марки КДБ 4,5 (100) и КЭФ 5 (111) толщиной 380 мкм.

Методика изготовления образцов для исследований включала в себя
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СВЧ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ БОЛЬШИХ
следующие операции:
УРОВНЕЙ МОЩНОСТИ
1. Химическая обработка подложек кремния.

2. Выращивание слоя карбида кремния n-типа проводимости.
Самарский государственный университет,
3. Изготовление омических контактов к образцам.
443011, г. Самара, ул. Ак. Павлова,1, тел.: (8462)345455,
4. Изготовление электрических выводов.
fax: (8462)345417, e-mail: komov@ssu.samara.ru
Перед выращиванием пленок SiC на Si-подложках пластины

кремния очищались от органических загрязнений кипячением в толуоле в
Полупроводниковые СВЧ преобразователи занимают большую
течение 10 минут. Затем подложки выдерживались в парах толуола,
нишу среди различных видов устройств для измерения уровня мощности.
просушивались и промывались в ацетоне в ультразвуковой мойке в
Обладая широким динамическим диапазоном, безынерционностью
течение 5 минут. Для удаления неорганических загрязнений и оксида
измерений практически до субмиллиметрового диапазона, малыми
кремния пластины промывались в плавиковой кислоте. После тщательного
габаритами, высокой чувствительностью, они нашли применения для
очищения в дистиллированной воде подложки кремния просушивались.
измерения малых и средних уровней как непрерывной, так и импульсной
Пленки карбида кремния выращивались в установке эпитаксии,
СВЧ мощности. Разработка полупроводниковых преобразователей для
представляющей собой вертикальный реактор из кварцевого стекла с
больших уровней СВЧ мощности является актуальной задачей.
холодными стенками. Внутри реактора устанавливался графитовый
В работе рассмотрены преобразователи на основе кремния n- и
карбидизированный тигль, который представлял собой пьедестал,
p-типа для измерения и регистрации мощности одиночных наносекундных
состоящий из шести горизонтальных ярусов с размещенными на них
импульсов СВЧ с большой пиковой мощностью и с высоким уровнем
монокристаллическими подложками кремния. Нагрев тигля осуществлялся
низкочастотных полей от источника СВЧ излучения. Преобразователи
ВЧ-полем. Температура тигля контролировалась оптическим пирометром с
имели следующие параметры:
точностью 5°C. Ростовая область заполнялась газом-носителем
1. p-типа с сопротивлением при температуре жидкого азота R = 1038 Ом
водородом, давление водорода в системе равнялось 105 Па. Химический
и соотношением R(293K)/R(77K) = 11,548;
транспорт углерода потоком газа-носителя водорода обеспечивался
2. n-типа с R = 40140 Ом и R(293K)/R(77K) = 1,89,6.
градиентом температуры внутри реактора равным 40°С. Расход водорода
Измерения проводились в трехсантиметровом диапазоне длин волн.
составлял около 0,5 л/мин. Выращивание пленок SiC на подложках
Результаты измерения показали, что сигнал с преобразователей первого и
кремния проводилось при температуре в зоне карбидизации подложек
второго типов передают форму СВЧ импульса без искажений.
1360-1380°С.
Скорость
роста
пленок
составляла 2-2,5
мкм/час.
Преобразователи первого типа имели чувствительность ниже, чем второго
Контролируемое
легирование
пленок
карбида
кремния n-типа
типа в два раза, и ее значение составляло 4 В/кВт.
осуществлялось фосфором, а p-типа - бором. Полученные для
Для измерения непрерывной СВЧ мощности использовались
исследований образцы n-SiC/p-Si имели размеры 34 мм, толщина пленок
преобразователи на основе гетеро- и гомоструктур SiC/Si. Карбид кремния,
SiC составляла 2,5 мкм. Точечные омические контакты к пленке SiC n- и
являясь широкозонным полупроводником, позволяет использовать его для
p-типа проводимости изготавливались методом термического распыления
создания преобразователей для более высоких уровней мощности. Рабочая
никеля и алюминия через трафарет в вакууме (23)10-5 Toр.
температура таких преобразователей составляет 700°С.
Метод измерения СВЧ мощности основан на радиоэлектрическом
В данной работе пленки карбида кремния n-типа проводимости на
эффекте. Величина выходного сигнала V|| от уровня СВЧ мощности
подложках кремния p-типа проводимости выращивались по диффузионной
определялась по формуле:
технологии гетероэпитаксии в проточной системе. В процессе получения
p
La
4
1- e
пленок использовался принцип газового химического транспорта
V
,
// =
m W
свободного углерода на подложки кремния. В качестве подложек
X
e
0
a

где mX - холловская подвижность носителей заряда в полупроводнике,
W0 - плотность потока мощности, падающего на полупроводниковый
образец, L
- размер
образца
в
направлении
распространения
электромагнитной волны, a - коэффициент поглощения.
Преобразователи СВЧ мощности помещались в измерительную
головку, которая позволяла изменять положения образцов в волноводе
относительно узкой стенки. Положение преобразователя в волноводе
показано на рис.1.
2
300
VX,мкВ
1
3
4
250
эксперимент
200
150
теория
100
50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Wo,Вт

Рис. 1. Расположение Рис. 2. Зависимость выходного сигнала от
образца в волноводе: уровня проходящей непрерывной мощности для
1 - образец, 2 - кон- преобразователей n-SiC/n-Si
такты, 3 - измеритель-
ная головка,
4 - волновод

Приведена зависимость выходного сигнала от уровня проходящей
непрерывной мощности для преобразователей n-SiC/n-Si (рис. 2). На рис. 2
приведены
и
расчетные
значения
радиоэдс.
Несоответствие
экспериментальной и теоретической кривых на рис. 2 обусловлено
влиянием подложки n-типа кремния.
Экспериментальная и теоретическая кривые зависимости выходного
сигнала
от
уровня
проходящей
непрерывной
мощности
для
преобразователей n-SiC/p-Si совпадают, чувствительность составила
30 мкВ/Вт.
Выполнена оценка максимально допустимой мощности рассеяния
преобразователя SiC/Si и определена допустимая мощность непрерывных
СВЧ излучений по волноводу на частоте 10 ГГц, значение которой
составило 1 кВт.