Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка конструкторско-технологических решений создания электронной компонентной базы на широкозонных полупроводниках для современной радиоэлектронной аппаратуры в диапазоне частот 30-60 ГГц

Докладчик: Тимошенко Александр Геннадиевич

Должность: Доцент кафедры Телекоммуникационные системы МИЭТ, к.т.н.

Цель проекта:
Проведение исследований и разработка комплекса научно-технических и технологических решений, направленных на создание новой СВЧ электронной компонентной базы (ЭКБ) на основе соединений нитрида галлия для изготовления монолитных интегральных схем (МИС) усилителей мощности, малошумящих усилителей, фазовращателей, коммутаторов, смесителей с высокими удельными характеристиками по мощности и низким уровнем шума для современных радиоэлектроных систем связи и радиолокации в диапазоне частот 30-60 ГГц.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Разработка научно-технических и конструкторско-технологических решений по проектированию транзисторов на основе широкозонных полупроводников (GaN);
При решении задачи будет созданы топологические варианты транзисторов с учётом базовых методов, используемых в стандартной технологии СВЧ полупроводниковой электроники с топологическими нормами не менее 130 нм, и варианты модернизации технологического маршрута для создания нового поколения транзисторов на широкозонных полупроводниках для современной радиоэлектронной аппаратуры;
2. Создание экспериментальных образцов транзисторов на основе широкозонных полупроводников (GaN);
При решении задачи будет задействован нанотехнологический комплекс «Нанофаб 100». Один из первых комплексов реально работающий в России. В составе многомодульной установки имеется молекулярно-лучевая эпитаксия нитридов металлов третьей группы с аммиачным источником, сверхвысоковауумный зондовый микроскоп с методиками атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопии, а также сканирующий электронный микроскоп и комплекс фокусированного пучка ионов галлия с энергией 30 кэВ и диаметром пучка, варьируемым от 7 до 427 нм. Исследования сканирующей зондовой микроскопии, растровой электронной микроскопии и проведение термического отжига образцов проводятся в сверхвысоком вакууме, обеспеченном в объеме комплекса, едином для серии методик. Для проведения экспериментальных исследований должны быть созданы два конструктивных варианта: бескорпусной и корпусированный. Для увеличения достоверности получаемых результатов планируется использовать до 3-х запусков полного технологического цикла;
3. Исследование экспериментальных характеристик образцов транзисторов на основе широкозонных полупроводников (GaN)
При проведении исследования будет использовано оборудование для измерения динамических и статических характеристик транзисторов. Будут измерены вольт-амперные характеристики и параметры рассеяния многоугольника (S-параметры) изготовленных транзисторов и элементов межосоединений в корпусированном и бескорпусном видах.
4. Разработка моделей транзисторов и межсоединений и включение их в состав современных САПР проектирования современной радиоэлектронной аппаратуры и МИС на основе широкозонных полупроводников (GaN);
Для разработки моделей будут учитываться результаты измерений статических и динамических параметров транзисторов. Статистические результаты испытаний будут учтены при составлении математической и имитационной моделей транзисторов. Должна быть проведена трансляция полученных моделей для использования их в современных САПР для проектирования интегральных схем: Cadence и Mentor Graphics; и разработке СВЧ устройств: Microwave Office и Advanced Design System. Планируется разработка набора библиотек для проектирования ИС на широкозонных полупроводниках для современных САПР;
5. Разработка конструкторско-технологических вариантов МИС на основе широкозонных полупроводников (GaN) для использования в современной радиоэлектронной аппаратуре в диапазоне частот 30-60 ГГц;
На основе разработанных моделей должны быть разработаны топологии интегральных схем, содержащие конструктивные варианты усилителей мощности, малошумящих усилителей, фазовращателей, коммутаторов, смесителей.
6. Модернизация технологического маршрута стандартной технологии СВЧ широкозонной полупроводниковой электроники для создания предлагаемых вариантов МИС;
Будет проведена модернизация технологического маршрута, использующего базовые методы стандартной технологии СВЧ полупроводниковой электроники с топологическими нормами не менее 130 нм, для создания МИС на широкозонных полупроводниках для современной радиоэлектронной аппаратуры;
7. Создание экспериментальных образцов выбранного варианта МИС на основе широкозонных полупроводников (GaN);
При решении задачи будет задействован нанотехнологический комплекс «Нанофаб 100». Один из первых комплексов реально работающий в России. В составе многомодульной установки имеется молекулярно-лучевая эпитаксия нитридов металлов третьей группы с аммиачным источником, сверхвысоковауумный зондовый микроскоп с методиками атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопии, а также сканирующий электронный микроскоп и комплекс фокусированного пучка ионов галлия с энергией 30 кэВ и диаметром пучка, варьируемым от 7 до 427 нм. Исследования сканирующей зондовой микроскопии, растровой электронной микроскопии и проведение термического отжига образцов проводятся в сверхвысоком вакууме, обеспеченном в объеме комплекса, едином для серии методик. Для проведения экспериментальных исследований должен быть создан один конструктивный вариант МИС из разработанных топологий;
8. Исследование экспериментальных характеристик образцов МИС на основе широкозонных полупроводников (GaN);
При проведении исследований будут измерены статические и динамические параметры разработанных МИС.
9. Модернизация моделей транзисторов и межсоединений по результатам экспериментальных исследований образцов МИС;
По результатам проведенных испытаний будут модернизированы модели транзисторов для их дальнейшего использования при разработке новых конструктивных и топологических вариантов МИС. По результатам повторного проектирования с учётом обновленных моделей должна быть проведена оценка целесообразности повторного изготовления и испытания образцов МИС;
10. Разработка комплекта эскизной конструкторской и технологической документации на используемые решения.
Будет разработана конструкторская и технологическая документация, отвечающая требованиям ЕСКД и ЕСТД, отражающая экспериментальную реализацию разработанных научно-технических решений.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты ПНИ могут широко применяться для пилотируемых авиационных комплексов пятого поколения ведущих российских компаний (Раменское ПКБ, НИИП им. Тихомирова, ГосНИИАС) и беспилотных летательных аппаратов, при внешнетраекторных измерениях параметров запусков ракетно-космической техники (ГНПРКЦ, "ЦСКБ - Прогресс", ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, ГРЦ им. акад. В.П. Макеева, МИТ), в региональных навигационно-информационных системах высокоточного позиционирования при выполнении кадастровых, геодезических и других работ по мониторингу объектов, в том числе системах поиска и спасения, в системах связи, навигационных и логистических системах. Основные узлы и устройства, где могут использоваться результаты ПНИ:
- сверхвысокоскоростные системы связи;
- СВЧ узлы приёмопередающей аппаратуры полностью отечественного производства;
- приёмоиндикаторы для всех типов летательных аппаратов и объектов ракетно-космической техники, предназначенных обеспечивать внешнетраекторные измерения для наземного специального и гражданского назначения;
- сверхминиатюрная аппаратура потребителей однократного применения и контрольно-корректирующих станций для совместной работы с ними;
- контрольно-корректирующие станций для обеспечения точного захода на посадку и решения специальных задач всех видов летательных аппаратов;
- авиационные радиокомпасы для всех видов летательных аппаратов;
и др.
Разрабатываемый в процессе ПНИ набор библиотек для проектирования ИС необходим для разработчиков элементной базы для перечисленных выше устройств.

Текущие результаты проекта:
Проведен обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96.
Проведен обзор по разработке конструкторско-технологических решений создания транзисторов и МИС на широкозонных полупроводниках для современной радиоэлектронной аппаратуры диапазона частот 30-60 ГГц, разработаны предложения по обоснованию развиваемого направления исследований.
Разработаны и обоснованы научно-технических решений по выбору оптимальных параметров проведения технологических операций маршрута создания транзисторов и МИС на широкозонных полупроводниках для достижения максимальной мощности.
Разработаны и обоснованы научно-технические и топологические решения по проектированию транзисторов на широкозонных полупроводниках.
Совместно с индустриальным партнёром определена номенклатура и параметры ЭКБ для современных систем связи и радиолокации.
Проведен анализ потенциала импортозамещения и разработан технологический перечень ЭКБ, решающей научно-технические проблемы, исследуемые в рамках ПНИ.