Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка СВЧ транзистора с шириной затвора не менее 2 мм на основе наногетероструктур AlN/GaN на подложках кремния и карбида кремния

Докладчик: Царик Константин Анатольевич

Должность: Ведущий инженер-технолог, к.т.н.

Цель проекта:
1 Проблема на решение которой направлен проект: Одним из перспективных направлений в микро- и наноэлектроники на сегодняшний момент является разработка нитридных полупроводниковых гетероструктур типа AlхGa1-хN/GaN на кремниевых и карбидкремниевых подложках и СВЧ приборов на их основе. Электрофизические свойства данных нитридных материалов являются хорошей основой для построения как малошумящих так и мощных СВЧ транзисторов и малых интегральных схем. Однако, стоит отметить проблему получения низкодефектных слоев гетероструктур AlN/GaN и AlGaN/GaN на кремниевых подложках. Разработка методов создания переходных и буферных слоев на чужеродных подложках, а также четких низкодефектных гетерограниц с отсутствием разрывов в наноразмерных слоях и с минимальным содержанием фоновой примеси является актуальной проблемой исследовательских лабораторий, работающих в данном направлении. Структурные дефекты и возможные примеси напрямую связаны с электрофизическими характеристиками двумерного электронного газа, образующегося в гетероструктуре, вследствие поляризационного и пьезоэлектрического эффекта в нитридных слоях. Стойкость гетероструктур данного типа к агрессивным средам и жидкостному химическому травлению определяет еще одну проблему – разработка и создание методик сухого плазменного травления и ионно-лучевого наноформирования для создания планарных наноструктур. 2 Цели выполнения ПНИ: 2.1 Разработка технических решений по созданию СВЧ транзистора с шириной затвора не менее 2 мм на основе наногетероструктур AlN/GaN на кремниевых и карбидкремниевых подложках. 2.2 Разработка методики исследования качества гетероперехода AlN/GaN и его влияние на параметры создаваемых транзисторов.

Основные планируемые результаты проекта:
2.1 В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты:
2.1.1 Методика формирования приборных гетероструктур типа AlN/GaN методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) с аммиачным источником на подложках кремния и карбида кремния.
2.1.2 Методика исследования дефектности выращиваемых гетероструктур типа AlN/GaN на подложках кремния и карбида кремния.
2.1.3 Методика контроля наноразмерных литографических операций.
2.1.4 Методики зондового, электронного и ионного исследования процессов зарождения и роста на подложках кремния и карбида кремния наноразмерных эпитаксиальных пленок.
2.1.5 Методика контроля качества омических контактов, нанесенных на гетероструктуры типа AlN/GaN на подложках кремния и карбида кремния.
2.1.6 Методика формирования протяженных металлических наноразмерных структур на поверхности эпитаксиальных гетероструктур типа AlN/GaN на подложках кремния и карбида кремния с помощью ионно-лучевой литографии с использованием полимерного резиста.
2.1.7 Экспериментальный образец транзисторной структуры на основе гетероструктур типа AlN/GaN, созданных методом МЛЭ с аммиачным источником.
2.1.8 Макет мощного транзистора для СВЧ диапазона на основе гетероструктур типа AlN/GaN на подложках кремния и карбида кремния.
2.1.9 Методика корпусирования транзисторных структур на основе гетероструктур типа AlN/GaN на подложках кремния и карбида кремния.
2.1.10 Методика экспериментальных исследований макета мощного транзистора на разработанных гетероструктурах типа AlN/GaN на подложках кремния и карбида кремния для СВЧ диапазона.
2.1.11 Методика расчета эффективного теплоотвода разрабатываемых макетов мощного СВЧ транзистора.
2.1.12 Лабораторный технологический регламент получения транзисторов на базе гетероструктур типа AlN/GaN на подложках кремния и карбида кремния, работающих в СВЧ диапазоне и имеющих ширину затвора более 2 мм.
2.1.13 Проект ТЗ на проведение ОТР по теме: Разработка технологии для новых типов монолитных интегральных схем на основе мощных СВЧ транзисторов на базе гетероструктур типа AlN/GaN на подложках карбида кремния

2.2.1 Разрабатываемые экспериментальные образцы транзисторных гетероструктур должны предназначаться для создания монолитных и гибридных интегральных схем СВЧ диапазона при повышенной мощности, а также дискретных транзисторов.
2.2.2 Разрабатываемые экспериментальные образцы транзисторных структур должны быть построены на базе гетероструктур типа AlN/GaN, которые должны быть выращены методом эпитаксии на подложках кремния и карбида кремния, а также должны включать в себя:
а) переходные слои от подложки к буферному слою;
б) буферные слои на основе широкозонных полупроводников;
в) канальный слой гетероструктуры;
г) барьерный слой гетероструктуры.
2.2.3 Разработка гетероструктур типа AlN/GaN должна способствовать достижению высоких значений подвижности и концентрации носителей заряда в канале, то есть способствует повышению значений плотности пропускаемого тока в канале транзистора.
2.2.4 Переход к наноразмерной литографии должен обеспечить работу разрабатываемых транзисторных структур в СВЧ диапазоне.
2.2.5 Разрабатываемые экспериментальные образцы транзисторных структур должны характеризоваться следующими параметрами:
а) подвижность носителей заряда в двумерном канале гетероструктур более 1600 см^2/В*с;
б) концентрация носителей заряда в двумерном канале гетероструктур более 1*10^13 см^-2;
в) длина затвора транзистора не более 200 нм;
г) ширина затвора транзистора не менее 2 мм.

2.3 Решения применяемые при создании методик являются новыми и их результаты будут опубликованы в рейтинговых журналах.

2.4 В связи с актуальностью проблемы исследованиями в области построения низкодефектных наногетероструктур на основе нитрида галлия для создания транзисторов СВЧ диапазона занимаются многие исследовательские лаборатории мира. Все они имеют различные подходы к данному вопросу. Результаты, которые будут получены в данном проекте будут на уровне лучших результатов, получаемых в мире.

2.5 Будут разработаны и исследованы новы методики для технологии создания транзистора на основе нитридных гетероструктур с шириной затвора не менее 2 мм. Исследования будут проведены на современной материальной базе исполнителя. Исполнители проекта обладают достаточной квалификацией для успешного выполнения проекта.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
3.1 Будут заложены физико-технологические основы формирования наногетероструктур и наноразмерной литографии на их поверхности. Результаты могут быть направлены на разработку и создание новых функциональных приборов и устройств на эффектах наноразмерной физики и технологии. Предполагается, что разработанные новые технологические решения воплотятся в результате дальнейших ПНИ и ОКР в
относительно недорогую технологию изготовления приборов с наноразмерными элементами с возможностью тиражирования.
3.2 Результаты проведенных ПНИ могут быть использованы для проведения прикладных НИР и опытно-конструкторских работ (ОКР), направленных на создание компонентов наноэлектронной техники, транзисторных и диодных гетероструктур, а также НЭМС и сенсорной техники с использованием низкоразмерных структур, научно-исследовательскими и производственными организациями: ЗАО «Нанотехнологии-МДТ», ООО «РПСЛ», ФГУП «НИИФП», НПП "Исток", НПП "Пульсар", ЗАО «Практик-НЦ», ФГУП «Научно-производственное объединение измерительной техники». Также потенциальными потребителями могут быть предприятия работающие в области производства электронной компонентной базы с субмикронными топологическим нормами: ОАО «Ангстрем», АФК «Система».
3.3 Планируемые результаты работ способны оказать влияние на развитие методов создания высокомощных и скоростных систем обработки, приема и передачи информации.

Текущие результаты проекта:
1 Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы.
2 Выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
3 Проведены теоретические исследования методов создания низкодефектных гетероструктур на базе гетероструктур типа AlN/GaN на подложках карбида кремния для создания СВЧ транзисторов.
4 Разработана конструкция переходных слоев исследуемых гетероструктур типа AlN/GaN с учетом качества поверхности подложек кремния.
5 Проведены исследования условий и особенностей роста создания переходных и буферных слоев AlN, AlGaN и GaN на подложках Si(111).
6 Проведены исследования условий и особенностей создания низкодефектных гетерограниц AlN/GaN с отсутствием разрывов в наноразмерных слоях и с минимальным содержанием фоновой примеси в слоях методом молекулярно-лучевой эпитаксии с аммиачным источником на подложках кремния и карбида кремния.
7 Разработаны экспериментальные образцов гетероструктур типа AlN/GaN на подложках кремния и карбида кремния.
8 Проведена разработка конструкции барьерного слоя транзисторной гетероструктуры AlGaN/AlN/GaN на кремниевых подложках
9 Проведена разработка эскизной конструкторской документации на экспериментальный образец транзисторной структуры на основе гетероструктур типа AlN/GaN, созданных методом МЛЭ с аммиачным источником на подложках кремния и карбида кремния.