Институт прикладной физики РАН

Очередной шаг на пути создания алмазной электроники

Ученые ИПФ РАН в 2014 году сделали очередной шаг на пути достижения поставленной цели - создание алмазных полупроводниковых материалов высокого качества для создания электронных устройств с уникальными техническими характеристиками.

Алмазная тематика в Институте прикладной физики РАН развивается с середины 90х годов прошлого столетия. К тому времени в институте накопилось достаточное количество фундаментальных знаний в области физики СВЧ разряда и по выражению Анатолия Леонтьевича Вихарева, д.ф-м.н., заведующего отделом физики плазменных технологий, «стали проявлять большой интерес к его практическому использованию». Интерес был усилен еще и тем, что росла потребность в выходных алмазных окнах для создаваемых в институте мощных гиротронов, алмазные пластины для которых приходилось закупать. За сравнительно небольшой срок сотрудники инститита не только освоили метод газофазного синтеза алмаза (CVD – chemical vapor deposition – осаждение из газовой фазы), но и добились значительного повышения скорости его роста. Уже в 2003 году ИПФ РАН начал самостоятельно выращивать для гиротронов поликристаллические CVD алмазные пластины требуемого качества. Более того, применение гиротрона вместо магнетрона в технологической установке позволила ученым института создать собственное эффективное лабораторное оборудование, а в 2009 году и запатентовать во многих странах мира уникальную промышленную технологическую установку по скоростному выращиванию алмазных пленок, которая оказалась востребованной.  

Алмаз, обладающий самой высокой теплопроводностью и прозрачностью в широком диапазоне длин волн, сегодня активно привлекает внимание разработчиков, как перспективный материал для широкого круга научных и промышленных применений. Поликристаллические CVD алмазные пленки и пластины высокого качества стали доступны для применения в электроники больших мощностей, оптике, микроэлектронике. Однако область применения поликристаллического алмаза ограничивается из-за наличия границ кристаллов. Более привлекательным с точки зрения широкого высокотехнологичного применения является монокристаллический CVD алмаз, который относится к широкозонным полупроводникам и обладает рекордной подвижностью основных носителей.

Разработать технологию выращивания комбинированных пластин моно- и поликристаллического CVD алмаза большой площади стало очередной задачей ученых лаборатории алмазной электроники ИПФ РАН, которая была успешно решена в 2014 году. По новой технологии, ученые лаборатории вырастили пластину диаметром 76 мм, на которой содержится более 100 монокристаллов CVD алмаза, врощенных в поликристаллическую алмазную основу.

Распространенные размеры монокристаллических пластин CVD алмаза существующих в настоящее время в мире находятся пока в диапазоне от 3х3 до 5х5 мм2. Технология производства пластин монокристаллического CVD алмаза большей площади у многих разработчиков еще находится в стадии исследований, а рекордный размер пластины CVD алмаза (срощенного из нескольких CVD пластин-«клонов») составляет 40x60 мм.

Разработанная в ИПФ РАН технология отличается еще и тем, что соединение поли- и монокристаллических областей происходит непосредственно в процессе CVD роста. Рост поликристаллических алмазных подложек (поликристаллической матрицы), а также комбинированных пластин, осуществлялся в плазмохимическом CVD реакторе на основе CВЧ резонатора, возбуждаемого на частоте 2.45 ГГц, рисунок 1(а). Полученные пластины комбинированного CVD алмаза были использованы для эпитаксиального выращивания на них беспримесных, а также легированных бором слоев CVD алмаза.

 

(a)                                                                  (б)

Рисунок 1. Фотография комбинированной пластины моно- и поликристаллического CVD алмаза:
(а) в реакторе в процессе сращивания поликристаллических и монокристаллических областей и (б) после процесса роста.

 

Фотография комбинированной пластины после процесса роста приведена на рисунке 1(б). Одной из важных задач, возникающих в процессе получения комбинированного CVD алмаза, является минимизация механических напряжений, которые возникают в процессе сращивания моно- и поликристаллического алмаза. Поэтому после процесса роста проводились дальнейшие эксперименты по минимизации напряжения в комбинированной пластине, используя термический отжиг. Для измерения механических напряжений, возникающих в монокристаллических участках комбинированных алмазной пластин, были сняты рамановские спектры с пространственным разрешением. Из рамановских спектров следует, что после отжига значения напряжений в моно- и поликристаллических участках комбинированной пластины уменьшились, и практически сравнялись между собой.

Использование комбинированного поли- и монокристаллического CVD алмаза позволит значительно расширить применение монокристаллических пластин небольших размеров. Так, например, для создания электронных приборов на комбинированных пластинах большого диаметра (75 мм и более) могут быть использованы технологические линии, уже разработанные для кремниевой технологии. Активную часть прибора можно изготавливать на участке монокристаллического алмаза, а «матрица» из поликристаллического алмаза, будет являться держателем, обладающим высокой теплопроводностью.

Ученые ИПФ РАН в 2014 году сделали очередной шаг на пути достижения поставленной цели - создание алмазных полупроводниковых материалов высокого качества для создания электронных устройств с уникальными техническими характеристиками.  

Материал подготовила И. Тихонова

cvd алмаз алмазная электроника алмазные пленки алмазы гидротрон ипф ран лаборатория алмазной электроники ипф ран метод газофазного синтеза алмаза монокристаллический алмаз поликристаллический алмаз физика свч разряда

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий