Ученые ИПМаш РАН создали макет подложек для производства российских транзисторов нового поколения

8 Ноября 2023
Ученые Института проблем машиноведения РАН получили грант РНФ по темпе, предложенной компанией АО «Эпиэл». Грант направлен на разработку технологии создания нового типа подложек для будущего производства гетероструктур нитрида галия для эффективных транзисторов со сверхбыстрыми электронами. Ученые ИПМаш РАН работают над созданием подложек, на которых будут получать данные структуры.

«Мы начали крупный проект, который был поддержан грантом Российского научного фонда. Его суть состоит в том, что в следующие 3 года мы будем разрабатывать специальные подложки кубического карбида кремния на кремнии для роста транзисторных гетероструктур нитрида галия с высокой подвижностью носителей заряда. Это будет база для создания микроэлектроники нового поколения, которой нет еще нигде в мире», - рассказал руководитель лаборатории структурных и фазовых превращений в конденсированных средах ИПМаш РАН Сергей Кукушкин.
Инновационный потенциал данной технологии состоит в его основной технологической составляющей – новой прорывной технологии выращивания буферного слоя карбида кремния на кремнии, на основе которого и будут формироваться слои других широкозонных полупроводников на кремнии. Данные подложки отличаются тем, что имеют лучшую согласованность параметров кристаллических решеток и коэффициентов термического расширения подложки и растущих слоев, а также большую износостойкость и меньшую стоимость.
Приборы, сделанные на основе монокристаллических подложек карбида кремния, используются в электромобилестроении, в производстве беспилотных летательных аппаратов, в качестве выпрямителей, переключателей и т.п. На основе этих подложек можно сделать транзисторы, которые могут быть использованы для систем связи поколения 5G, спутниковой связи, навигации и других областей применения. Однако на мировом рынке отсутствуют доступные подложки диаметром более 50,8 мм, что вызвано непреодолимыми технологическими барьерами существующих методов получения объемного кристалла нитрида галлия. Помочь в этом могут буферные структуры, которые будут выращены на основе технологии карбида кремния на кремнии.  
«Разработанная в результате выполнения данного проекта технология позволит создать первое в России высокотехнологическое опытное производство слоев 3С-SiC на кремниевых подложках. Специальные подложки карбида кремния на кремнии могут стать основой для формирования целого класса широкозонных полупроводников на кремнии, основными из которых являются нитриды галлия и алюминия. В случае дальнейшего развития данной технологии и создания на ее основе опытно-промышленного производства возможно существенно развить одну из высокотехнологических областей микроэлектроники – производство гетероструктур нитрида галлия (GaN) для силовой и СВЧ электроники, в которой Россия могла бы занять лидирующее положение», - сказал Сергей Кукушкин.
Ученые ИПМаш РАН являются специалистами в создании материалов для микроэлектроники. Работа проводится на базе ранее созданном в ИПМаш РАН принципиально новом методе выращивания монокристаллического карбида кремния на кремнии. Метод основан на согласованном замещении части атомов в кремнии на атомы углерода без разрушения кремниевой основы. Впервые в мировой практике реализована последовательная согласованная замена атомов одного сорта другими атомами прямо внутри исходного кристалла без разрушения его кристаллической структуры. Качество структуры слоев, полученных данным методом, значительно превосходит качество пленок, выращенных на кремниевых подложках ведущими мировыми компаниями.
Андрей Семенов
ИПМаш РАН
Seth1200@mail.ru