Фоторезистивный ключ

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Минский НИИ радиоматериалов(72) Авторы Юрченок Лариса Григорьевна Хитько Валентин Иванович(73) Патентообладатель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Минский НИИ радиоматериалов(57) Фоторезистивный ключ, содержащий эпитаксиальную структуру, включающую по меньшей мере полуизолирующую подложку на основеилии приповерхностный- слой на основе ,или , токоведущую металлическую шину с зазором в центральной части, имеющую с эпитаксиальной структурой омический контакт, причем приповерхностный- слой в области зазора шины вытравлен, при этом путем обтравливания с обратной стороны эпитаксиальной структуры в области зазора выполнена островковая область толщиной 10-50 мкм и шириной 20-50 мкм, причем под металлической шиной на расстоянии более 5 мкм от края зазора эпитаксиальная структура стравлена полностью, поверх островковой области и на токоведущую металлическую шину нанесена полиимидная пленка толщиной 20-30 мкм со сформированными в ней балочными выводами,а обратная сторона и боковые стороны островковой области защищены просветляющим покрытием из диэлектрика. Изобретение относится к области оптоэлектроники, в частности к скоростным фоторезистивным ключам (ФРК) и способам их изготовления, которые могут быть использованы для переключения и модуляции СВЧ-сигналов. Основными параметрами ФРК являются темновое сопротивление , проходная емкость зазора (Сп 3) во включенном состоянии фоторезистивного ключа, когда на зазор поступает управляющий оптический сигнал. Проходная емкость такого ключа, при прочих равных условиях, будет тем меньше, чем меньше толщина полупроводниковой пластины,которая, однако, ограничена по технологическим соображениям величиной 100-150 мкм, поскольку является несущим основанием для металлических шин, что является недостатком. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является фоторезистивный ключ, содержащий нанесенную на полупроводниковую пластину токоведущую металлическую шину с зазором, имеющую с полупроводниковой пластиной омический контакт,вытравленный- приконтактный слой в управляемой оптическим сигналом области зазора шины 1. Существенное уменьшение проходной емкости зазора токоведущей металлической шины достигается при толщине полупроводниковой пластины менее 5 , где- расстояние между шинами или штырями в зазоре. Необходимость получения максимального отношения / при минимальном с ограничивается значением величины зазора порядка 10 мкм, но при этом 3 заметно уменьшается при толщине пластины менее 50 мкм. Фоторезистивный ключ при толщине полупроводниковой пластины (эпитаксиальной структуры) менее 100 мкм не используется из-за трудностей, связанных с монтажом в согласованный СВЧ тракт путем приварки проволочных выводов. Задачей изобретения является снижение проходной емкости зазора, 3 токоведущей металлической шины за счет подачи управляющего оптического сигнала со стороны подложки обтравленной в виде островковой области эпитаксиальной структуры, что увеличивает эффективность использования мощности управляющего оптического сигнала и приводит к снижению светового сопротивления, , и проходной емкости зазора, 3. Поставленная задача достигается тем, что в фоторезистивном ключе, содержащем эпитаксиальную структуру, включающую по меньшей мере полуизолирующую подложку на основеилии приповерхностныйслой на основе ,илитоковедущую металлическую шину с зазором в центральной части, имеющую с эпитаксиальной структурой омический контакт, причем приповерхностныйслой в области зазора шины вытравлен, - в области зазора путем обтравливания с обратной стороны эпитаксиальной структуры выполнена островковая область толщиной 10-50 мкм и шириной 20-50 мкм, причем под металлической шиной на расстоянии более 5 мкм от края зазора эпитаксиальная структура стравлена полностью, поверх островковой области и на токоведущую металлическую шину нанесена полиимидная пленка толщиной 20-30 мкм со сформированными в ней балочными выводами, а обратная сторона и боковые стороны островковой области защищены просветляющим покрытием из диэлектрика. По сравнению с прототипом 2 предлагаемый ФРК имеет существенные отличия, например, за счет того, что эпитаксиальная структура со стороны подложки утоняется до толщины 10-50 мкм под областью зазора токоведущей металлической шины и полностью 2 5334 1 стравливается за пределами зазора, удается снизить проходную емкость зазора в 2 раза и увеличить тем самым предельную частоту коммутации СВЧ-сигнала. Закрепление токоведущей металлической шины полиимидной пленкой толщиной 2030 мкм и вывод балочных выводов на поверхность полиимидной пленки позволяет непосредственно монтировать ФРК в СВЧ тракт с использованием контактола,что также способствует увеличению предельной частоты коммутации СВЧ-сигнала за счет улучшения согласования в СВЧ-тракте. Удается увеличить эффективность использования мощности управляющего оптического сигнала, подавая оптический сигнал со стороны подложки обтравленной эпитаксиальной структуры, в этом случае отсутствует поглощающаяся металлическим контактом часть управляющего оптического сигнала. Предлагаемый ФРК, изображенный на фигуре, содержит эпитаксиальную структуру, состоящую из полуизолирующей подложки - или- - 1 активный слой - - типа ,или- 2 (или не содержит его) приконтактный слой- типа ,или- 3 широкозонный слой - - типа- 4 (или не содержит его) токоведущую металлическую шину с зазором - 5 и балочными выводами - 6 просветляющий слой диэлектрика - 7 полиимидную пленку - 8 в качестве носителя токоведущей металлической шины - 5. Конкретный пример реализации На эпитаксиальную структуру, имеющую полуизолирующую подложку - - 1 толщиной 400 мкм, активную область - - типа- 2 толщиной 1,03,0 мкм с концентрацией (1-9)1014 см-3, приконтактныйслой- типа - 3, толщиной 0,2 мкм с концентрацией (2-8)1018 см-3 - методом напыления наносятся // слои толщиной 0,1/0,05/0,6 мкм соответственно, являющиеся после проведения процесса взрывной фотолитографии, токоведущей металлической шиной 4, образующей с - приконтактным слоем 3 полупроводниковой пластины после вжигания омический контакт. Далее методами химического или плазмохимического травления удаляется- приконтактный слой 3 в области зазора токоведущей металлической шины 5. Травление проводится несколько глубже толщины- приконтактного слоя 3. На поверхность эпитаксиальной структуры в зазоре токоведущей металлической шины и на шину 5 наносится полиимидная пленка 8 толщиной 20-30 мкм, которая является несущим основанием металлической шины 5. С помощью последующей фотолитографии и путем химического или плазмохимического травления подтравливается полиимидная пленка 8 до толщины 1-2 мкм в области зазора токоведущей металлической шины 5. Затем полиимидная пленка 8 закрывается химически стойким лаком и полностью вытравливается до токоведущей металлической шины 5 в местах формирования балочных выводов. Методом электролитического осаждения А формируются балочные выводы, которые выходят на поверхность полиимидной пленки 8. После этого эпитаксиальная структура с токоведущей металлической шиной и балочными выводами 6, покрытая полиимидной пленкой 8, закрепляется на ровном жестком основании (на чертеже не показано). Затем полуизолирующая подложка - - 1 эпитаксиальной структуры стравливается химическим путем до толщины порядка 50 мкм. Проводится фотолитография со стороны полуизолирующей подложки, после чего химическим путем обтравливается эпитаксиальная структура в виде островковой области до токоведущей металлической шины 5 за пределами зазора шины на расстоянии более 5 мкм. На полученную островковую область эпитаксиальной структуры наносится просветляющий слой диэлектрика 23 7. Затем убирается жесткое основание и полученные ФРК разделяются на кристаллы, которые собираются в СВЧ-тракт. Балочные выводы 6 токоведущей металлической шины 5 закрепляются в СВЧ тракт контактолом. Управляю 3 5334 1 щий оптический сигнал может поступать по волокну в область зазора токоведущей металлической шины как с лицевой стороны эпитаксиальной структуры, так и со стороны полуизолирующей подложки 1, покрытой полиимидной пленкой 8 и просветляющим слоем диэлектрика 7. Принцип работы ФРК. При отсутствии управляющего оптического сигнала проходная емкость, 3 и темновое сопротивление,ФРК таковы, что обеспечивается высокое затухание входного СВЧ сигнала в зазоре - фоторезистивный ключ выключен. При поступлении управляющего оптического сигнала в область зазора происходит его поглощение в активной области эпитаксиальной структуры и полупроводник переходит в состояние высокой проводимости,фоторезистивный ключ включен, СВЧ сигнал с малыми потерями проходит через зазор токоведущей металлической шины 5. Для уменьшения потерь мощности управляющего оптического сигнала, поступающего с лицевой стороны эпитаксиальной структуры, в полиимидной пленке 8 в области зазора металлической шины 5 можно вскрыть отверстие и нанести на поверхность полупроводниковой пластины один из просветляющих слоев диэлектриков 2 25 34 А 23 и др. В качестве исходного материала при изготовлении ФРК можно использовать более сложную эпитаксиальную структуру типа- -- --. При этом длина волны управляющего оптического сигнала должна быть такой, чтобы иметь низкий коэффициент поглощения в области широкозонного - -слоя и высокий коэффициент поглощения в активной - -области полупроводниковой пластины, в данном случае она составляет 0,87 мкм (пиковое значение). Возможны варианты изготовления ФРК на основе эпитаксиальных структур с полуизолирующими подложками -, - и др. и чередующимися слоями , ,и ,и др., имеющие высокие коэффициенты поглощения в активных - слоях в диапазонах длин волн 1,3-1,55 мкм и 2,0-5,0 мкм. Обтравленные островковые области эпитаксиальной структуры могут быть защищены полиимидной пленкой, 2, 25, 34 и другими просветляющими слоями диэлектриков, в которых наблюдаются малые потери управляющего оптического сигнала. Токоведущие металлические шины 5 вне области омического контакта могут быть размещены на слое диэлектрика или полиимидной пленке (на чертеже не показано). В качестве подложки эпитаксиальной структуры может быть использована полупроводниковая пластина- типа и последующее утонение подложки- типа будет возможно электрохимическим путем. Возможны два варианта конструкции, управляемой оптическим сигналом области ФРК зазор в токоведущей металлической шине 5 зазор в виде встречно-штыревых электродов (на чертеже не показано). При подаче управляющего оптического сигнала со стороны подложки островковой области эпитаксиальной структуры увеличивается эффективность использования мощности управляющего оптического сигнала по сравнению с вариантом подачи сигнала с лицевой стороны эпитаксиальной структуры за счет исключения потерь мощности оптического сигнала в зазоре (особенно существенно для конструкции со встречно-штыревыми электродами). Технико-экономическая эффективность предложенного ФРК заключается в увеличении частоты коммутации сигнала в 2 раза при заданном значении коэффициента передачи в закрытом состоянии ключа за счет уменьшения в 2 раза проходной емкости зазора, 3. По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция имеет следующие преимущества При наличии ФРК с балочными выводами упрощается его сборка в СВЧ согласованный тракт (исключается проволочная разварка, которая вносит дополнительную индуктивность), улучшается согласование и тем самым увеличивается предельная частота коммутации СВЧ сигнала, увеличивается точность монтажа. 4 5334 1 Возможность подвода управляющего оптического сигнала со стороны подложки островковой области эпитаксиальной структуры к центру зазора токоведущей металлической шины 5 позволит уменьшить потери мощности управляющего оптического сигнала, а также появляется дополнительная конструктивная возможность реализации ФРК. Источники информации 1.4727349, А, 1988. 2. Осинский В.И. Интегральная оптоэлектроника. - Мн. Наука и техника, 1977. - . 209. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5