​Исследователи Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН усовершенствовали метод выращивания полупроводниковых гетероструктур, которые затем используются в различных СВЧ-приборах. Об этом специалисты рассказали на Российской конференции по физике полупроводников.

Сверхвысокочастотные устройства современных радиолокационных систем должны работать при высоких температурах, иметь небольшие размеры и вес, обеспечивать заданный уровень выходной мощности. Основной элемент СВЧ-устройств — транзистор с высокой подвижностью электронов. Для изготовления этих приборов в последнее время применяется нитрид галлия (GaN). Спектр его свойств позволяет уменьшить число транзисторов в каскадах СВЧ-устройств (а, значит, и габариты), увеличить их мощность и обеспечивает стабильность работы при повышенных температурах и наличии радиационного фона. Однако существует распространенная технологическая проблема, влияющая на мощность транзистора: в процессе синтеза в кристаллическую структуру полупроводникового материала GaN встраивается кислород, приводя к нежелательным изменениям электрофизических свойств материала. Например, он начинает проводить ток, там, где должен выступать в качестве диэлектрика.
 
«Мы смогли избавиться от паразитной (ненужной) проводимости в буферном слое нитрида галлия, выбрав определенные параметры условий роста. Нитрид-галлиевые транзисторы создаются на основе полупроводниковых гетероструктур, содержащих несколько слоев. Один из них — буферный — должен иметь высокое сопротивление. Именно в этом слое находится двумерный электронный газ — проводящий элемент транзистора. Однако из-за атомов кислорода, привносящих носители заряда — электроны — в буферном слое появляются токи утечки. Последнее приводит к деградации электрофизических характеристик транзистора и, как следствие, уменьшению его мощности», — рассказал ведущий инженер-технолог лаборатории молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) полупроводниковых соединений А3В5 Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН Тимур Валерьевич Малин.
 
Полупроводниковые гетероструктуры GaN выращиваются методом молекулярно-лучевой эпитаксии: в условиях сверхвысокого вакуума на поверхность подложки подаются пары металлов и газ — аммиак. В процессе химической реакции на поверхности растет полупроводниковая плёнка, наследуя кристаллическую структуру подложки. В данном случае необходимо максимальное соблюдение чистоты процесса, потому что даже один примесный атом на миллион может кардинально поменять свойства полупроводника. 
 
Несмотря на тщательную фильтрацию и откачку, в сверхвысоковакуумных камерах, где выращиваются полупроводниковые кристаллы, присутствует остаточный атмосферный кислород. Вхождение его атомов в кристаллическую структуру нитрида галлия приводит к появлению свободных электронов, и, как уже говорилось, появлению паразитной проводимости в буферном слое. Чтобы избежать этого явления традиционно используется дополнительное введение углерода или железа для захвата «лишних» электронов или намеренное создание дефектов в начальных слоях GaN. Оба этих способа могут приводить к ухудшению параметров проводящего элемента транзистора и, как следствие, снижению мощности прибора. Ученые ИФП СО РАН нашли иной вариант решения проблемы, манипулируя ростовыми условиями, не добавляя никаких примесей и сохраняя структурное совершенство слоя нитрида галлия.
 
«С помощью определенного математического алгоритма мы рассчитали оптимальные параметры роста для создания буферного слоя с высоким электрическим сопротивлением. В результате, при выращивании полупроводниковых гетероструктур мы использовали более низкие температуры (800 0C из диапазона 800 0C — 920 0C ) при скорости потока аммиака 250 миллилитров в минуту. Это позволило снизить вхождение кислорода в буферный слой нитрида галлия. Также мы убедились, что выбранные параметры не приводят к ухудшению других свойств всей многослойной полупроводниковой структуры», — объяснил Тимур Малин.
 
Комплекс исследовательских работ проводился в ИФП СО РАН под руководством доктора физико-математических наук Константина Сергеевича Журавлева в сотрудничестве с Новосибирским государственным университетом, Физико-техническим институтом им. А.Ф. Иоффе РАН и Московским институтом электронной техники. 
 
В дальнейших планах ученых — апробация технологического процесса на новой более современной автоматизированной и производительной установке для синтеза нитридных гетероструктур «Compact 21-N» производства французской фирмы Riber. Это оборудование Центра коллективного пользования ИФП СО РАН позволит создавать полупроводниковые гетероструктуры большего размера за меньшее время. В их приобретении заинтересованы отечественные производители силовой и СВЧ-электроники.
 
Пресс-служба ИФП СО РАН

 

Источники

Сибирские ученые увеличивают мощность систем СВЧ-радиолокации
Наука в Сибири (sbras.info), 16/09/2019
Российские ученые радикально улучшили полупроводники для радаров
Discounte Center (sokol-online.ru), 16/09/2019
Российские ученые радикально улучшили полупроводники для радаров
Seldon.News (news.myseldon.com), 16/09/2019
Российские ученые радикально улучшили полупроводники для радаров
Популярная механика (popmech.ru), 16/09/2019
Российские ученые радикально улучшили полупроводники для радаров
Новости@Rambler.ru, 16/09/2019
Российские ученые радикально улучшили полупроводники для радаров
SMIonline (so-l.ru), 16/09/2019
В Новосибирске нашли способ увеличить мощность систем СВЧ-радиолокации
ИА Regnum, 16/09/2019
Разработка сибирских ученых повысит мощность РЛС и 5G
Новости@Rambler.ru, 16/09/2019
Разработка сибирских ученых повысит мощность РЛС и 5G
Индикатор (indicator.ru), 16/09/2019
Российские ученые радикально улучшили полупроводники для радаров
Новости для гиков (supreme2.ru), 17/09/2019
Новосибирские ученые сумели увеличить мощность систем СВЧ-радиолокации
ИА Красная весна (rossaprimavera.ru), 16/09/2019
Разработка сибирских ученых повысит мощность РЛС и 5G
Новости России и Мира (novostidny.ru), 16/09/2019
Российские ученые радикально улучшили полупроводники для радаров
ГосНИИПП (gosniipp.ru), 16/09/2019
Российские ученые радикально улучшили полупроводники для радаров
Pcnews.ru, 16/09/2019
Разработка новосибирских ученых повысит мощность систем РЛС и 5G
Evo-rus.com, 17/09/2019
"Российские ученые радикально улучшили полупроводники для радаров"
Ivest.kz, 17/09/2019
Сибирские ученые придумали, как повысить мощность РЛС и 5G
Planet-today.ru, 17/09/2019
Эксперты добились увеличения мощности систем радиолокации
Goroday (goroday.ru), 16/09/2019
Беспроводная связь для морских глубин: о современных технологиях и перспективных проектах в этой области рассказали ученые ТПУ
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 17/09/2019
Разработка сибирских ученых повысит мощность РЛС и 5G
Nanonewsnet.ru, 17/09/2019
Разработка сибирских ученых повысит мощность РЛС и 5G
Дневники.Ykt.Ru (dnevniki.ykt.ru), 17/09/2019
Разработка сибирских ученых повысит мощность РЛС и 5G
Alfa-industry.ru, 25/09/2019
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
ФСМНО (sciencemon.ru), 10/10/2019

Похожие новости

  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    899
  • 14/05/2019

    От электрона к фотону: ИФП СО РАН — 55

    ​​Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова появился в результате объединения Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники и Института радиофизики и электроники. С тех пор ИФП СО РАН остается признанным за рубежом и в России лидером в области создания и производства новых высокотехнологичных материалов, интегратором крупных научно-производственных проектов и коммуникационной площадкой для ученых, преподавателей, представителей индустриального и бизнес-сообщества.
    473
  • 25/07/2016

    Новосибирские учёные разрабатывают лазеры в зелёном диапазоне

    ​Сотрудники Института физики полупроводников СО РАН и лаборатории молекулярной фотоники НГУ занимаются одним из самых актуальных на сегодня направлений в области лазерных технологий — созданием зелёных светодиодов и лазерных диодов (за синие светодиоды в 2014 году ученые из Японии и США получили Нобелевскую премию).
    1538
  • 01/03/2018

    Исследования группы российских ученых помогут при изучении новых полимерных материалов

    ​Ученые из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и  Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН (НТЦУП РАН), подведомственных ФАНО России, совместно с коллегами из Российского университета дружбы народов (РУДН) провели серию экспериментов по исследованию термостимулированных поверхностных плазмон-поляритонов (ТППП).
    969
  • 22/12/2017

    Новосибирские физики сконструируют для лунной базы солнечные батареи

    ​Освоение других планет - давняя мечта человечества. Но ее невозможно реализовать, не решив энергетическую проблему. Новосибирские физики предложили способ усовершенствовать солнечные батареи для работы в космосе.
    877
  • 29/08/2018

    В Новосибирске обсудили перспективы развития технологической кооперации науки и производства

    ​Заседание Совета главных инженеров предприятий Сибирского федерального округа на VI Международном форуме и выставке технологического развития "Технопром-2018" было посвящено перспективам развития технологической кооперации науки и производства.
    724
  • 02/02/2018

    Алексей Шулунов: радиофотоника - одно из важнейших направлений электроники

    ​До второго десятилетия нынешнего века в промышленности планеты прошли и ныне проводятся три направления развитии - пара, электрона, атома. "В настоящее время в мире идет переход на четвертый уровень, основывающийся на технологиях фотона, - отметил известный руководитель отечественной оборонной промышленности, руководитель рабочей группы № 19 Научно-технического совета Военно-промышленной комиссии при правительстве РФ, академик МАИ Алексей Шулунов, - эти технологии используют свойства фотонов, частиц, не имеющих массы покоя и заряда, что позволяет преодолеть принципиальные физические ограничения "классической" электроники.
    2926
  • 28/06/2019

    Менеджеры атомного уровня: что сдерживает внедрение разработок новосибирского Академгородка

    ​Принято считать, что по уровню развития электронной промышленности Россия отстала от мировых лидеров. Тем не менее по ряду направлений мы вполне конкурентоспособны. Что мешает превратить уникальные разработки в серийное производство, выяснял корреспондент "РГ".
    348
  • 22/05/2015

    Электрон похудел

    В новосибирском Академгородке получен уникальный материалСАМЫЙ обычный, известный из школьного курса физики электрон преподнес сюрприз: он вдруг потерял массу. Точнее, он движется так, словно ее нет.
    1951
  • 05/12/2018

    Автоматика для цехов и проспектов

    ​В Институте автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН прошло совещание по вопросам внедрения разработок института в реальном секторе экономики. Организатором мероприятия выступил департамент промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска.
    889