Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследования конструктивно-технологических принципов обработки подложек полуизолирующего карбида кремния диаметром до 100 мм и эпитаксиального роста AlInGaN наногетероструктур для мощных СВЧ транзисторов и МИС для высокоскоростных беспроводных сетей четвертого поколения

Докладчик: Цацульников Андрей Федорович

Должность: старший научный сотрудник

Цель проекта:
Основной проблемой технологии получения элементной базы электроники на основе нитрида галлия является отсутствие дешевых теплопроводящих подложек, позволяющих создать мощные транзисторы. Наиболее близкими к нитриду галлия по кристаллической структуре являются подложки карбида кремния (SiC), на которых достигнуты наилучшие параметры СВЧ приборов. Однако, подложки карбида кремния имеют высокую стоимость и их производство до настоящего времени в России отсутствовало. В 2013 г. на ЗАО «Светлана-Электронприбор», которое является Индустриальным партнером в данном проекте, впервые в России был запущен полный технологический цикл изготовления подложек карбида кремния, включающий рост и подготовку поверхности. В настоящее время, для организации производства подложек критическим вопросом является оптимизация технологии подготовки подложек для эпитаксиального роста AlInGaN наногетероструктур для СВЧ транзисторов и МИС. Целью проекта является разработка новейших принципов обработки подложек полуизолирую-щего карбида кремния диаметром до 100 мм для последующего изготовления транзисторных AlGaInN наногетероструктур и СВЧ транзисторов и МИС, позволяющих увеличить число СВЧ транзисторов и МИС, изготавливаемых в одном технологическом процессе, по сравнению с используемыми в настоящее время подложками карбида кремния размером 2 или 3 дюйма, соответственно.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные планируемые результаты проекта:
- лабораторный технологический регламент процесса обработки подложек полуизолирующего карбида кремния.
- эскизная конструкторская документация и лабораторная технологии изготовления транзисторных AlInGaN наногетерострукту и СВЧ транзисторов и МИС.
- экспериментальные образцы подложек полуизолирующего карбида кремния, транзисторных AlInGaN наногетероструктур и СВЧ транзисторов и МИС.
Экспериментальные образцы подложек полуизолирующего карбида кремния должны иметь следующие технические характеристики, соответствующие мировому уровню в части структурных свойств:
- диаметр………………………………………….50.8±0.25 мм, 76.2±0.25 мм, 100±0,25 мм.
- толщина………….…………………….......……500±25 мкм;
- ориентация…………………………….......……(0001) ±0.1о, Si-face 4H SiC;
- плотность дефектов (микропайпов) …………менее 15 микропайпов/см2;
- сопротивление …………………………………более 105 Ом×см;
- коробление ……………………………………..менее 40 мкм;
- прогиб …………………………………………..менее 10 мкм;
- шероховатость (RMS) …………………………менее 1 нм
Экспериментальные образцы транзисторных AlInGaN наногетероструктур, которые должны изготавливаться на подложках карбида кремния будут иметь параметры, соответствующие мировому уровню.
- материал эпитаксиальных слоев Ga(In)N-AlGaN
- концентрация носителей тока ……...……..…не менее 1×1013 см-2;
- подвижность носителей тока ………………..не менее 1500 см2/(В×с).
Экспериментальные образцы СВЧ транзисторов и МИС на основе наногетероструктур нитрида галлия должны иметь следующие основные технические характеристики:
- максимальная рабочая частота........................не менее 6 ГГц;
- напряжение питания…......................................не менее 20 В;
- крутизна ………….………………………..…...не менее 150 мСим/мм;
- ширина затвора …..………………………..…..1-14 мм.
- мощность ………………………………………5-45 Вт.

Для достижения результатов проекта будет проведена совместная оптимизация технологии полировки поверхности подложки карбида кремния и технологии роста буферных слоев, заключающейся в формировании промежуточных слоев, позволяющих снимать механические напряжения в структуре, образующиеся при росте слоев наногетероструктуры и при ее остывании. Для эпитаксиального роста будет использоваться промышленный метод газофазной эпитаксии из металлорганических соединений. В ходе проекта исследуются следующие основные пути решения задачи проекта: эпитаксиальный рост буферных слоев GaN с использованием: переходных AlGaN слоев со сложным профилем по составу и/или короткопериодных сверхрешеток AlGaN/GaN с различными периодами и составу твердого раствора. Будет проведена (частично на первом этапе уже теоретически проведена) оптимизация GaN/AlN/AlGaN активной области транзисторной структуры, для достижения максимального структурного качества и значений концентраций и подвижности не менее 1х10^13 см^-2 и не менее 1500 см2/В×с, соответственно. Для апробации разработанных технологий изготовления подложек карбида кремния и транзисторных наногетероструктур, будет проведена оптимизация конструкции и технологии получения наногетероструктурных СВЧ транзисторов высокой и средней мощности – от 5 Вт до 45 Вт на основе нитрида галлия частотного диапазона до 6 ГГц.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные операции обработки подложек карбида кремния позволят создать Индустриальному партнеру технологию производства подложек, с параметрами необходимыми для эпитаксиального роста наногетероструктур. Технологические процессы эпитаксиального роста транзисторных наногетероструктур на подложках карбида кремния, обеспечивающие значения подвижности и концентрации электронов в канале не менее 1500 см2/(В×с) и не менее 1×1013 см-2, соответственно, позволят создавать СВЧ транзисторы с мощностью от 5 до 45 Вт и напряжением питания не менее 20 В для диапазона частот от 6 ГГц для высокоскоростных беспроводных сетей четвертого поколения.
Научно-технический задел, полученный в результате выполнения работы позволит преодолеть техническую зависимость производителей аппаратуры как гражданского назначения, так и двойного назначения от поставщиков импортной электронной компонентной базы в СВЧ-диапазоне и создаст предпосылки к массовому производству мощных СВЧ-транзисторов и монолитных интегральных схем на отечественном предприятии.

Текущие результаты проекта:
На первом этапе проекта были выполнены следующие основные работы:
- выполнен аналитический обзор информационных источников;
- проведены патентные исследования;
- проведен анализ и сопоставление различных методов обработки подложек полуизолирующего карбида кремния;
- изготовлены макеты подложек и проведены их экспериментальные исследования;
- изучены направления исследований эпитаксиального роста AlInGaN наногетероструктур для транзисторов;
- выполнено компьютерное моделирование зонной структуры и концентрации носителей в зависимости от толщин и составов слоев наногетероструктуры;
- на основе проведенного моделирования разработана эскизная конструкторская документация на активную область AlInGaN наногетероструктур для транзисторов, которая имеет последовательность слоев GaN/AlN/AlGaN с неоднородным по глубине AlGaN профилем легирования атомами Si, что обеспечивает, с одной стороны, требуемую концентрацию носителей в канале, а, с другой стороны, формирование контактов к затвору;
- проведены эксперименты по эпитаксиальному росту буферных слоев на подложках, обработанных при разных условиях, и выбраны оптимальные условия методы эпитаксиального выращивания буферных слоев наногетероструктур;
- изготовлены макеты буферных слоев наногетероструктур и проведены их экспериментальные исследования с помощью холловских измерений и исследований однородности параметров слоев по площади.