Технология создания полупроводникового материала для силовой электроники
24.05.2023
Специалисты молодежной лаборатории
Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН разрабатывают
технологию роста полупроводникового материала – нитрида галлия на кремниевых
подложках. Такой материал используется в устройствах силовой электроники
(высоковольтные источники питания, системы беспроводной зарядки носимой
электроники, преобразователи напряжения) и СВЧ-электроники (системы телекоммуникаций,
линии связи 5G, 6G).
В прошлом году сотрудники лаборатории отработали
начальные стадии зарождения слоев нитрида галлия на кремнии, в этом – перешли к
созданию буферных слоев. В 2024 г. ученые рассчитывают начать следующий
технологический этап: отработку верхних слоев полупроводниковых структур.
«Технология роста нитридных
гетероструктур на подложках кремния очень сложна, исследования активно ведутся
во всем мире. При этом промышленная технология роста структур GaN-на-Si в
России на данный момент не поставлена в российской промышленности.
Основная трудность состоит в том, чтобы
вырастить кристалл нитрида галлия высокого качества на подложке кремния, и
связана с тем, что у этих кристаллов сильно отличаются параметры решеток и
коэффициенты температурного расширения.
За первый год (2022) существования
молодежной лаборатории мы отработали начальные стадии зарождения слоев, в этом
году – перешли к созданию буферных слоев – они должны быть с минимальным
количеством дефектов, с высоким кристаллическим совершенством. Нам удалось
отработать данные технологические этапы, и сейчас мы заняты подготовкой
публикаций для подачи в высокорейтинговые научные издания – это часть
отчётности по государственному заданию.
В следующем году перед нами будут стоять
не менее сложные задачи – отработка верхних слоев структуры, в которых будет
располагаться двумерный электронный газ, слой, по которому протекает ток в
транзисторе. Между контактами будущего транзистора должен протекать ток высокой
плотности.
Нам нужно отработать технологию и
вырастить структуры с требуемыми характеристиками под заданные индустриальными
партнерами параметры транзистора», – рассказал заведующий молодежной
лабораторией аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии GaN гетероструктур на
подложках кремния для силовых и СВЧ-транзисторов кандидат физико-математических
наук Денис Сергеевич Милахин.
Он добавил, что нитрид галлия выдерживает большие
температуры, поэтому способен работать при больших токах, а также является
радиационно-стойким материалом. Поэтому нитрид галлия все чаще находит
применение в силовой электронике, высоковольтных источниках питания, носимых
зарядных устройствах, преобразователях напряжения и уже давно занимает свою
нишу в СВЧ-электронике – системах связи 5G, 6G.
Молодежная лаборатория начала работу в 2022 году и
была создана на конкурсной основе, в рамках проекта «Наука и университеты», по
инициативе департамента стратегического развития Министерства науки и высшего
образования РФ, в интересах промышленных предприятий. Всего в России учреждено
около 60 таких лабораторий по направлению «Микроэлектроника».
Источник: пресс-служба ИФП СО РАН.