15 июля 2022

Одно из ключевых направлений деятельности отраслевой лаборатории новых технологий и материалов – разработка технологии создания силовых приборов на основе широкозонных полупроводников, в частности, нитрида галлия.
Подробнее об этом перспективном проекте рассказал ведущий инженер сектора интеграции процессов ОЛНТМ Андрей Юник:
– Нитрид галлия (GaN) – полупроводниковый материал с широкой запрещенной зоной, что определяет ряд свойств, позволяющих создавать на его основе приборы с отличными характеристиками. Для этого изначально с помощью гетероэпитаксиального роста формируют полупроводниковую гетероструктуру.
У истоков зарождения и развития полупроводниковых гетероструктур стоят работы нашего соотечественника Жореса Ивановича Алферова – лауреата Нобелевской премии по физике за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптоэлектроники в 2000 году. Но непосредственно в отечественной микроэлектронике они пока не получили широкого распространения. Однако в последнее десятилетие технология устройств на основе гетероструктур, особенно GaN, развивается значительными темпами: во-первых, кремниевая технология силовых и высокочастотных приборов приближается к максимуму своих возможностей, во-вторых, благодаря успехам в совершенствовании технологии эпитаксиального роста гетероструктур их качество значительно улучшилось, а стоимость снизилась. Это позволило устройствам на основе GaN конкурировать с кремниевыми аналогами, а во многих областях использования – уже захватить большую часть рынка. Например, планируется, что благодаря компактным размерам и отличным характеристикам к 2025 году доля GaN на мировом рынке зарядных устройств превысит 50%.
Сочетание высокой концентрации и подвижности носителей заряда в таких гетероструктурах дает возможность GaN-транзисторам существенно снизить значения сопротивления канала во включенном состоянии. Максимальная ширина запрещенной зоны GaN в три раза больше, чем у кремния, что обуславливает возможность работы таких устройств при высоких уровнях температуры и радиации. За счет большей теплопроводности (на 20-30% выше, чем у кремния), достигаются большие значения мощности от каждого отдельного компонента устройства, при этом уменьшаются размеры конечных изделий и устраняется необходимость применения сложных систем охлаждения.
Все это дает возможность считать GaN-транзисторы одним из самых перспективных классов приборов, способных заменить мощные кремниевые полевые транзисторы в компактных импульсных источниках питания, DC-DC и AC-DC преобразователях, умных сетях электропитания, электроприводах и т.д. Данные транзисторы найдут наиболее широкое применение в аэрокосмической технике, а также в электротранспорте и электромобилях – как в системах электрической зарядки и электропитания, так и в современных драйверах электромоторов силовых установок.
В отраслевой лаборатории ОАО «ИНТЕГРАЛ» мы уже несколько лет активно занимаемся разработкой данной технологии. На текущий момент ОЛНТМ оснащена основным оборудованием для разработки всего цикла постэпитаксиального формирования устройств на основе GaN.
С 2020 года ОЛНТМ выполнен ряд научно-исследовательских работ, в результате которых разработаны элементы технологии и физико-технологические основы формирования транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT) на основе гетероструктур GaN/AlGaN для силовой электроники. Уже отработаны процессы формирования меза-изоляции и контактно-барьерных структур, установлены особенности химической обработки и очистки поверхностей подложек, фотолитографии и плазмохимического травления гетероструктур и др.
На ближайшее время также запланировано участие ОАО «ИНТЕГРАЛ» в ряде государственных и союзных научно-технических программ по данному направлению, результатом которых станет изготовление образцов силовых транзисторов на основе GaN.
Все это позволит заложить основы для разработки современной, конкурентоспособной и высокотехнологичной продукции на основе широкозонных полупроводников, а, следовательно, в перспективе, расширить номенклатуру выпускаемой продукции и экспортный потенциал ОАО «ИНТЕГРАЛ».

Русский