Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка технологий элементной базы высокотемпературной микро и наноэлектроники

Докладчик: Чаплыгин Юрий Александрович

Должность: Ректор

Цель проекта:
1. Решение проблемы создания базовой технологии изготовления сложнофункциональных изделий, работающих при повышенных температурах открывает возможность разработок целого класса новых приборов и устройств. Разработка и освоение в серийном производстве изделий высокотемпературной микроэлектроники на КМОП КНИ структурах позволит решить актуальную задачу импортозамещения для приборостроения специального применения, что в свою очередь обеспечит конкурентоспособность стратегически важных отраслей промышленности. 2. Целью выполнения ПНИЭР является разработка технологий изготовления элементной базы высокотемпературной микро - и наноэлектроники, способной функционировать при температурах выше 200ºС, для применения в экстремальных условиях эксплуатации.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты запланированных работ:
В ходе выполнения ПНИЭР планируется разработать и освоить в серийном производстве технологический маршрут изготовления и конструкцию высокотемпературной (Траб = 225°С), радиационно-стойкой элементной базы на КНИ структурах с проектной нормой 0.5 мкм, подготовить комплект документов (Design Kit), описывающих данный маршрут и представляющий собой основной инструмент разработчика для проектирования ИМС. По разработанным правилам будут изготовлены опытные образцы ИМС операционного усилителя.
Должны быть разработаны и изготовлены:
 Комплект документации базовых технологий и конструкций сложнофункциональных изделий высокотемпературной микро и наноэлектроники:
 правила схемотехнического и технологического моделирования высокотемпературных ИС;
 технология изготовления высокотемпературной микроэлектроники на КНИ МДП структурах;
 тестовые КНИ МДП структуры высокотемпературной микроэлектроники;
 образцы СФ блока высокотемпературного операционного усилителя;
 стенд и методики исследования тестовых элементов высокотемпературной микроэлектроники на КНИ МДП структурах в диапазоне температур от -60 оС до + 300 оС;
 технология сборки высокотемпературной микроэлектроники на КНИ МДП структурах.
2. Основные характеристики планируемых результатов:
- Обеспечение рабочих температур 225°С с сохранением работоспособности при кратковременном повышении Т до 300°С;
- Исключение эффекта защёлки;
- Снижение на порядок по сравнению с объёмным кремнием уровня токов утечек PN переходов;
- Снижение паразитных ёмкостей PN переходов;
- Обеспечение долговременной надёжности (50 тыс. часов), радиационной стойкости.
3. Новизна научно- технологических решений
- для обеспечения надёжности элементной базы проводятся исследования новых материалов и методов формирования диффузионных барьерных слоёв, систем контактной металлизации.
4. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень
- В настоящее время изготовление высокотемпературной микроэлектроники на КНИ КМОП структурах реализуется с проектными нормами (0.8 – 1.0) мкм (XFAB, Honywel).
Проводимые работы позволят проектировать изделия по норме 0.5 мкм.
5. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
- Анализ современного зарубежного опыта (по литературным источникам и на основе анализа ИМС аналогов), имеющегося отечественного опыта (исследование элементной базы отечественных производителей микроэлектроники на КНИ структурах).
- Разработка и технологическое моделирование технологических процессов и маршрута в целом.
- Освоение в производстве новых технологических процессов, новых материалов.



Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1.
Целевой рынок проекта образуют предприятия внутреннего рынка, работающие, как правило, в интересах МО РФ, «Росатома», «Роскосмоса» и других производителей ВВСТ, и использующие изделия специального назначения широкой номенклатуры, в т.ч. в спецстойком исполнении. В случае успешной реализации проекта, предприятия-изготовители конечных приборов выразили заинтересованность в использовании разработанных отечественных изделиий высокотемпературной микроэлектроники как в новых разработках, так и при модернизации уже созданных комплексов. Разработанные системы будут интегрированы в приборы и изделия, производимые ведущими отечественными предприятиями в области космического приборостроения, транспорта, систем управления и позиционирования, в промышленной автоматике и станкостроении
2. Индустриальным партнёром по завершении работ по ПНИЭР во взаимодействии с МИЭТ, на основе ожидаемых результатов, будет реализовано освоение производства следующих групп новых изделий с диапазоном рабочих температур от минус 60 °С до 225 °С:
• Активные компоненты: ключи, преобразователи, усилители.
• 8- и 16-разрядные программируемые микроконтроллеры для обработки и передачи данных от сенсорных сетей в информационные системы и для управления актуаторами.
• 6-, 12-, 14-разрядные АЦП.
• Преобразователи тока и напряжения 3-60В, переключаемые стабилизаторы напряжения, драйверы управления питанием для электронных систем управления и сенсорых блоков.
• Цифроаналоговые системы на кристалле для управления сенсорными электронными компонентами.
• 16- и 32-разрядные микроконтроллеры, микропроцессоры, цифровые сигнальные процессоры и БМК для управляющих систем.
• Статическая, динамическая и динамическая энергонезависимая память
Разработанные по данной технологии высокотемпературные компоненты найдут применение в приборах, работающих в реактивных двигателях и системах управления самолетов, в моторных отсеках и тормозных механизмах транспортных средств, при управлении химическими процессами, а также для усиления и обработки сигналов датчиков в промышленном оборудовании, работающем при повышенных температурах для таких стратегически важных направлений как:
• авиационная промышленность и ракетостроение;
• нефтегазовая промышленность;
• энергетика и промышленная автоматика;
• автомобильная промышленность.
3. Создание технологий и конструкций изделий высокотемпературной микроэлектроники позволит осуществить импортозамещение в таких важных отраслях экономики как – производство изделий экстремальной электроники в оборонных отраслях промышленности, авионики, ракетостоении, транспорте, газо и нефтедобычи, электроэнергетики.
Поставки изделий высокотемпературной микроэлектроники от инофирм российским потребителям жестко ограничено по применению и очень затратно.
Данный проект безусловно относится к разряду приоритетных инновационных проектов микроэлектроники России.

Текущие результаты проекта:
Результаты выполнения первого этапа проекта:
1. Выполнен аналитический обзор научных и информационных источников, затрагивающих все аспекты создания высокотемпературной микроэлектроники на КНИ КМОП структурах.
2. Проведены патентные исследования конструктивных и технологических решений изготовления высокотемпературной микроэлектроники на КНИ КМОП структурах.
3. Исследованы конструкции, материалы и методы формирования всех составляющих КНИ КМОП структур для высокотемпературного применения.
4. Разработаны конструктивно-технологических решения высокотемпературных КМОП транзисторов на структурах КНИ с проектными нормами 0,5 мкм в диапазоне температур от минус 60 до плюс 225 ºС
5. Проведено компьютерное моделирование технологических процессов формирования элементной базы КМОП ИС на КНИ с проектными нормами 0,5 и 0,35 мкм в диапазоне температур от минус 60 до плюс 225 ºС.

В результате выполнения ПНИЭР должна быть разработана технология КМОП КНИ микроэлектроники с проектными нормами 0,5 мкм для цифровых и аналоговых изделий, способных надежно работать при температуре окружающей среды от -60°C до +225°С.
Комплект документации базовых технологий и конструкций сложнофункциональных изделий высокотемпературной микро и наноэлектроники:
 правила схемотехнического и технологического моделирования высокотемпературных ИС;
 технология изготовления высокотемпературной микроэлектроники на КНИ МДП структурах;
 тестовые КНИ МДП структуры высокотемпературной микроэлектроники;
 образцы СФ блока высокотемпературного операционного усилителя;
 стенд и методики исследования тестовых элементов высокотемпературной микроэлектроники на КНИ МДП структурах в диапазоне температур от -60 оС до + 300 оС;
 технология сборки высокотемпературной микроэлектроники на КНИ МДП структурах.