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

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
транзистор, подложка карбида кремния, lte, свч электроника, широкозонные полупроводники, нитрид галлия, мос-гидридная эпитаксия, постростовая технология

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 транзи-сторных 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/см^2;
- сопротивление - более 10^5 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 1×10^13 см^-2;
- подвижность носителей тока - не менее 1500 см^2/(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.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом проекта является подложки полуизолирующего карбида кремния диаметром до 100 мм и наногетероструктуры на основе AlInGaN для для мощных СВЧ транзисторов и МИС. В результате выполнения проекта будут разработаны технология обработки поверхности подложки, обеспечивающая качество необходимое для последующего эпитаксиального роста, и технология эпитаксиального роста и конструкция наногетероструктур на основе AlInGaN на подложках SiC, позволяющая изготавливать мощные СВЧ транзисторы и МИС. Новизна научных (технологических) решений состоит в учете изгибов подложек при разработке технологии эпитаксиального роста гетероструктур НЕМТ транзисторов на подложках SiC различного диаметра. Данная разработка позволяет реализовать технологические методы предотвращения формирования дефектов в эпитаксиальных слоях, вызванных в том числе дефектами подложек. Полученные к настоящему времени результаты исследования экспериментальных образцов подложек и макетов гетероструктур и транзисторов позволяют сделать вывод, что параметры подложек и гетероструктур соответствуют мировому уровню, что делает риски получения конечного результата проекта минимальными.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные операции обработки подложек карбида кремния позволят создать Индустриальным партнером технологии 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 см^2/(В×с) и не менее 1×10^13 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:
В течении 2015 года были получены следующие результаты.
Проведена оптимизация процесса обработки подложек полуизолирующего карбида кремния, изготовлены соответствующие макеты, экспериментальные образцы и проведены их исследования
Проведено компьютерное моделирование и экспериментальные исследования изгибов подложки при эпитаксиальном росте гетероструктур и релаксации напряжений. Определены технологические условия, обеспечивающие минимальный изгиб выращенной структуры. Разработанная модель позволяет предсказать зависимость кривизны от технологических условий и реализовать наногетероструктуру НЕМТ транзистора с требуемой величиной прогиба/коробления.
Разработаны методы эпитаксиального выращивания непроводящих буферных слоев GaN и AlGaN, изготовлены соответствующие макеты и проведены их исследования.
Изготовлены макеты транзисторных AlInGaN наногетероструктур, разработана программа и проведены их экспериментальные исследования
Проведено численное моделирование и расчетная и экспериментальная оптимизация структур для полевых СВЧ-транзисторов с высокой подвижностью электронов на основе гетероструктур GaN/AlN/AlGaN. Построенная физическая модель позволила достичь хорошего соответствия между экспериментальными и расчетными данными.
Исследованы методы изготовления СВЧ транзисторов и МИС (методы многослойной взрывной литографии для получения омических и барьерных контактов и дополнительной контактной металлизации).
Изготовлены тестовые элементы для характеризации технологии, макеты СВЧ транзисторов и МИС и проведено их экспериментальное исследование