Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 1476

Результаты исследований сибирских ученых позволят увеличить мощность систем СВЧ-радиолокации

Результаты исследований сибирских ученых позволят увеличить мощность систем СВЧ-радиолокации
Об этом стало известно на Российской конференции по физике полупроводников.

Об этом стало известно 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, 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 мощности транзистора», — 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,

Дмитриева Надежда

Ноа фото в заставке: Ведущий инженер-технолог ИФП СО РАН Тимур Малин за работой на установке «Compact 21-N»​. 

ифп со ран московский институт электронной техники новосибирский государственный университет полупроводниковые гетероструктуры gan ран свч-устройства сибирское отделение ран системы свч-радиолокации со ран физико-технический институт имени иоффе ран

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.