Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка наногетероструктур на подложках фосфида индия для приборов СВЧ наноэлектроники (диапазон 100 - 300 ГГц)

Докладчик: Клочков Алексей Николаевич

Должность: Ответственный исполнитель

Цель проекта:
1 Задача - Разработка технологии получения наногетероструктур InGaAs/InAlAs на подложках фосфида индия для приборов СВЧ наноэлектроники (диапазон 100 - 300 ГГц) 2 Цель - Обеспечение научно-исследовательских организаций и предприятий новым видом научно-технической продукции - пластин наногетероструктур InGaAs/InAlAs на подложках фосфида индия для приборов СВЧ наноэлектроники (диапазон 100 - 300 ГГц). Конечный продукт – пластины наногетероструктур, которые являются базовым материалом для изготовления СВЧ полевых транзисторов и монолитных интегральных схем для приема и передачи электромагнитных сигналов диапазона частот свыше 100 ГГц. Разрабатываемые структуры представляют собой многослойные полупроводниковые гетероструктуры, получаемые методом эпитаксии, т.е. путем послойного вакуумного напыления пленок различных полупроводников. Активная область наногетероструктуры – канал из узкозонного полупроводника, обладающий высокими транспортными параметрами (концентрация и подвижность электронов) – должна располагаться в приповерхностной области гетероструктуры на глубине не более 50 нм. Характеристики интегральных схем, в первую очередь, определяются технологией и топологическими размерами элементов схемы. Однако предельные (максимально достижимые) параметры приборов ограничиваются свойствами базового материала (наногетероструктур), на основе которого изготавливаются схемы. В мире продвижение в СВЧ область >100 ГГц и терагерцовый диапазон осуществляется разработкой интегральных схем на основе наногетероструктур (In,Ga,Al)As с высокой мольной долей индия (x > 50 %) в канале на подложках GaAs или InP. Основным преимуществом приборов на основе данной материальной системы является высокое быстродействие и низкий уровень шума.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основной планируемый результат:
разработан материал - пластины наногетероструктур на подложках фосфида индия (технологический маршрут получения, рекомендации по конструкции и технологическим принципам получения наногетероструктур InGaAs/InAlAs на подложках InP);
2. Основные характеристики гетероструктур - концентрация электронов, не менее 2,8∙1012 см-2, подвижность (при температуре 300 К), не менее 10500 см2/В∙с
3. Использование новых модификаций конструкции гетероструктур и технологических приемов для повышения подвижности и концентрации электронов в канале, улучшении структурных свойств гетерограниц InGaAs/InAlAs и InAs/InGaAs.
4. В мире широко проводятся разработки приборов на основе наногетероструктур (In,Ga,Al)As с высокой мольной долей индия (x > 50 %) в канале. Используются псевдоморфные гетероструктуры на подложках InP, изоморфные структуры со вставками InAs, метаморфные структуры на подложках GaAs. По данным, опубликованным к 2014 году, наилучшие транспортные характеристики гетероструктур InGaAs/InAlAs на подложках InP составляют от 7500 до 13400 см2/(В∙с) с концентрацией электронов (2-4.2)∙1012 см-2. Предварительные результаты, полученные в ходе наших работ – подвижность 9800 см2/(В∙с) при концентрации 3.2∙1012 см-2 и подвижность 12100 см2/(В∙с) при концентрации 2.1∙1012 см-2.
5. Для разработки конструкции и технологии получения гетероструктур будут проведены работы в следующей последовательности. Будет проведен анализ существующих в мире и России разработок гетероструктур InGaAs/InAlAs на подложках InP. Будут проведены моделирование зонных диаграмм гетероструктур при вариации состава и толщин слоев и выбор конструкции. Будет проведен подбор режимов предростовой подготовки и технологических режимов роста. Будет проведена оптимизация режимов получения и конструкции гетероструктур с точки зрения структурного совершенства слоев и гладкости гетерограниц. Для этого будут выращены серии гетероструктур с тщательно выбранной вариацией конструкции и технологических параметров роста. В случае гетероструктур InGaAs/InAlAs, содержащих тонкие вставки InAs, будет оптимизирована толщина вставок и режимы их формирования. Для экспресс анализа выращенных гетероструктур будут использованы измерения эффекта Холла.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Перевод полевых транзисторов и интегральных схем на более высокий диапазон частот. Возможные области применения: повышение пропускной способности систем связи (широкополосные беспроводные сети передачи информации, радиорелейные сети, мобильные сети), системы радиолокации высокого разрешения, спутниковая связь, мониторинг окружающей среды, антитеррористический мониторинг (сканирование человека).

Текущие результаты проекта:
Выполнены аналитический обзор литературы, патентные исследования, проведен выбор направлений исследований, проведены компьютерные расчеты зонных диаграмм гетероструктур и оптимизация конструкции гетероструктур на основе моделирования, проведены экспериментальные работы по определению базовых технологических операций молекулярно-лучевой эпитаксии гетероструктур InGaAs/InAlAs на подложках InP, а также структур с нановставками InAs в квантовой яме. Выполнена предварительная оптимизация следующих технологических режимов эпитаксиального роста гетероструктур: температур и скоростей роста отдельных слоев, парциального давления мышьяка, режимов предростовой подготовки подложки.