Ученые Института проблем машиностроения РАН (Санкт-Петербург) разрабатывают новый тип подложек для гетероструктур нитрида галлия (Gan), на основе которых будут созданы транзисторы нового поколения. Технология предполагает выращивание буферного слоя карбида кремния на кремнии, а на нем уже будут формироваться слои других широкозонных полупроводников, в частности, нитрида галлия с высокой подвижностью носителей заряда.
Преимущество получаемых подложек перед классическими кремниевыми состоит в том, что они будут иметь лучшую согласованность параметров кристаллических решеток и коэффициентов термического расширения растущих слоев, а также большую износостойкость и меньшую стоимость.
Уже доказано, что интеграции нитрида галлия с карбидом кремния перспективна для рынка силовой и СВЧ-электроники. Этот материал используется в производстве зарядных устройств для электромобилей, беспилотных летательных аппаратов, а также в качестве выпрямителей и переключателей. На основе этих подложек можно делать транзисторы для систем связи 5 G, спутниковой связи, навигации. Однако на мировом рынке отсутствуют подложки диаметром более 50,8 мм (большую ценность имеют пластины большего диаметра, а для производства новейших компьютерных чипов используются пластины размером 300 мм), что связано с непреодоленными по сей день технологическими барьерами получения объемного кристалла нитрида галлия. В Институте проблем машиностроения РАН убеждены, что решат этот вопрос за счет создания буферных структур.
Разработанная технология позволит создать первое в России опытное производство слоев кубического карбида кремния 3С-SiC на кремниевых подложках. Эти структуры станут основой для формирования целого класса широкозонных полупроводников на кремнии, главными из которых считаются нитриды галлия и алюминия.
«В случае успеха мы получаем возможность развить одну из высокотехнологических областей микроэлектроники — производство гетероструктур нитрида галлия (GaN) для силовой и СВЧ электроники, в которой Россия могла бы занять лидирующее положение», — отмечает руководитель лаборатории структурных и фазовых превращений в конденсированных средах ИПМаш РАН Сергей Кукушкин.
Изготовление пластин из новых материалов считается самым сложным и дорогим этапом производства полупроводниковых приборов очередного поколения. Следующие этапы — нанесения фоторезиста, литография, имплантация примесей, нанесение тонких пленок, нарезка чипов, корпусирование, метрология и т.д. — освоены на кремниевых фабриках и требуют относительно небольшой доработки.
