Институт прикладной физики РАН

Алмазы для новейшей электроники

Институт прикладной физики РАН в 2013 году получил 90 миллионов рублей в качестве мегагранта Правительства Российской Федерации на выполнение проекта по выращиванию искусственных алмазов для мощной высокочастотной электроники.

Институт прикладной физики РАН в 2013 году получил 90 миллионов рублей в качестве мегагранта Правительства Российской Федерации на выполнение проекта по выращиванию искусственных алмазов для мощной высокочастотной электроники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


ИПФ РАН является наиболее успешной научной организацией в стране, занимающейся вопросами создания алмазных полупроводниковых материалов электронного качества, которые позволяли бы создать более совершенные электронные устройства с техническими характеристиками нового поколения. Речь идет о полупроводниковом CVD (англ. Chemicalvapordeposition – химическое парофазное осаждение) алмазе.

Проект выполняется в тесном сотрудничестве с учеными Санкт-Петербургского электротехнического университета (ЛЭТИ), специалистами в области широкозонных полупроводников, с целью создания на основе «выращенного» материала электронных приборов.

Ведущим ученым проекта выступает привлеченный американский исследователь доктор Дж. Батлер, признанный мировой авторитет в области CVD технологий, долгие годы руководивший сектором газовой и поверхностной динамики в Военно-морской исследовательской лаборатории (NRL), Вашингтон (округ Колумбия). В NRL он исследовал фундаментальные химические процессы, происходящие при газофазном осаждении, уделяя особое внимание механизмам CVD роста алмазов, поверхностной химии, диагностике дефектов и практическим применениям.  

Основы современных успехов ИПФ РАН в области развития плазмохимических технологий были заложены в 1970-80-е годы, когда под руководством В.Б. Гильденбурга и А.Г. Литвака были выполнены фундаментальные теоретические и экспериментальные  исследования газового разряда в поле микроволнового излучения. Алмазная тематика ИПФ РАН получила «прописку» в лаборатории физики СВЧ разряда и синтеза углеродных материалов. Здесь под руководством доктора физ.-мат. наук  А. Л. Вихарева ведутся исследования в области газофазного синтеза алмазов.

Изначально интерес к выращиванию алмазных пленок был вызван конкретной потребностью института в алмазных окнах для выпускаемых им совместно с НПП «ГИКОМ» мощных гиротронов, окна для которых приходилось закупать за рубежом. А.Л. Вихареву и его сотрудникам удалось не только освоить метод выращивания поликристаллического алмаза, но и усовершенствовать его, создав оригинальный лабораторный CVD–реактор на основе гиротрона, что позволило разработать технологию высокоскоростного выращивания алмазных пленок. Затем сотрудниками была построена и запатентована во всех странах мира (2009г.) первая промышленная установка по скоростному выращиванию алмазных пленок.  

Поликристаллические алмазные пленки, выращенные по газофазной технологии, имеют характеристики близкие к характеристикам натурального алмаза, поэтому они находят применение в лазерной технике, оптике. Положительным качеством этого материала является его высокая теплопроводность (в пять раз выше, чем у меди), поэтому благодаря этому свойству новый материал находит применение в традиционной микроэлектронике для создания теплоотводов. Например, при такой высокой скорости отвода тепла возникает возможность создания СВЧ – транзистора большей мощности и меньшего размера. Однако алмаз сам может стать основой для создания элементов электроники. При выращивании искусственного алмаза можно вводить примеси, позволяющие изменять его электропроводность.

Разработкой материала для алмазной электроники занимаются во всем мире. Нашли свое применение нанокристаллические пленки, которые являются другим типом алмазных пленок и отличаются от поликристаллических большей однородностью, меньшей шероховатостью. Они применяются для акустических электронных устройств, в узкополосных фильтрах радиочастотного и микроволнового диапазона, а также в качестве катодов с холодной эмиссией электронов. Но практически неисчерпаемые возможности в микроэлектронике открывают искусственные монокристаллы алмаза. Выращенные из газовой фазы они являются высокочистыми и обладают высокой степенью кристаллического совершенства. Причем, получить широкозонный полупроводниковый алмаз, который послужит основанием для электронного прибора возможно уже во время синтеза монокристаллического алмаза, путем легирования, добавляя контролируемое количество  атомов бора в газовую смесь. Лаборатория А.Л. Вихарева на протяжении последних пяти лет занимается разработкой такой технологии, которая давала бы возможность использовать уникальные характеристики монокристаллических алмазных пленок для создания электронных приборов в существующих технологических линиях.

Эти разработки Института прикладной физики РАН получили поддержку в рамках государственной программы «Mega-Science», с привлечением иностранного ученого, в частности, доктора Дж. Батлера, который так отозвался о своей уверенности в успешной реализации проекта: «У большинства стран нет возможности профинансировать такие крупномасштабные проекты. В российском проекте есть три вещи: во-первых, размер гранта и, соответственно, возможность работать над очень важными и сложными задачами. Два других фактора – это интеллектуальный и технический потенциал ИПФ РАН, его установки по выращиванию алмазов, наработанная технологическая база. И это, безусловно, преимущество с точки зрения реализации программы, потому что мне не приходится начинать с нуля. Мне не нужно строить собственную лабораторию – у нас она уже есть, и в ней превосходные производственные условия для выращивания алмазов. Это послужит нам основанием для построения направления электроники на базе алмазов и, соответственно, мы используем выдающиеся способности ученых ИПФ РАН для разработки нового реактора на базе нового способа легирования алмаза, который получил название «дельта-допинг» – его применение позволит получить материал, как с высокой подвижностью, так и с высокой плотностью носителей. У Анатолия Вихарева прекрасная команда и на меня произвели большое впечатление, как квалификация его сотрудников, так и их идеи. А также интеллектуальный потенциал ЛЭТИ.

Российские ученые и, особенно, молодые российские ученые на Западе известны прекрасным образованием, квалификацией, математической и научной подготовкой и, насколько я успел заметить, у них прекрасные творческие способности и их научный энтузиазм очень высок. Все это – прекрасный ресурс».

Работы над реализацией мегагранта начались летом 2013 года.

высокочастотная электроника газофазная технология газофазно технологии дж батлер институт прикладной физики ран искусственные алмазы ифп ран мегагрант ран широкозонные полупроводники

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий