Институт физики полупроводников СО РАН на сегодня является ведущим научным институтом в России по целому ряду направлений, связанных с производством микроэлектроники. Одно из них - синтез кристаллических пленок на основе нитрида галлия алюминия на кремниевых подложках. Этот полупроводниковый материал обладает рядом уникальных свойств: благодаря строению кристалла он выдерживает очень высокие температуры и воздействие очень больших токов. Такие свойства нужны для производства систем мобильной связи (прежде всего, поколения 5 G и 6 G), космического оборудования, при создании силовой электроники (высоковольтные источники питания и т.п.), систем беспроводной зарядки гаджетов и ряда других направлений.
В России подобные транзисторы не производят, импорт стал практически недоступен из-за санкций, а значит его замещение становится критически важной задачей. Ее решением занимаются сотрудники одной из молодежных лабораторий ИФП СО РАН. А интерес со стороны ряда индустриальных партнеров подтверждает актуальность исследования.
Материал для транзисторов – это высококристалличные совершенные полупроводниковые пленки, которые выращиваются на подложке из кремния в условиях сверхвысокого вакуума на специальных установках. Именно над отработкой процесса выращивания таких пленок (их еще называют гетеро- эпитаксиальные структуры) и работают ученые. Это очень сложный и трудоемкий процесс. Мало того, что они состоят из многих слоев, у каждого должно быть свое строение и определенные характеристики.
«Наше оборудование обеспечивает отсутствие инородных веществ в камере, где растут кристаллы, даже на уровне отдельных молекул, что позволяет выращивать многослойные структуры с заданными свойствами. Такой слоеный пирог, где каждый слой должен быть совершенным, без малейших дефектов, чтобы транзисторы, изготовленные из этого материала, работали как нужно», - рассказал руководитель лаборатории, к.ф.-м.н. Денис Милахин.
Отрабатывая технологию выращивания пленок такого типа приходится учитывать, что нитрид галлия и кремний – не родственные материалы и добиться того, чтобы кристаллы одного зародились на подложке из другого можно лишь с помощью целого ряда сложных процедур. «Наша лаборатория была создана в ноябре прошлого года, и к настоящему времени мы уже отработали этап зарождения кристалла нитрида на кремнии. В этом году мы должны отработать следующий этап – рост буферных слоев с минимальным количеством дефектов. Решив эту задачу, к следующему году мы выйдем на этап финальных слоев, которые отвечают за перенос тока в транзисторе, таким образом обеспечивая его работу. И завершив эту работу, мы передадим нашим индустриальным партнерам фактически готовую технологию, которая сегодня в нашей стране отсутствует», - отметил он.
Еще одна разработка – полупроводниковый материал для лазера длиной волны 1,55 мкм для радиофотоники и оптоволоконной связи уже проходит испытания. Подробнее об этом исследовании рассказал старший научный сотрудник ИФП СО РАН, к.ф.-м.н. Дмитрий Гуляев.
Как и в предыдущем случае, речь идет о многослойном кристалле, только в этот раз это - индий-галлий-алюминий-мышьяк на подложке из фосфида индия. Но требования все те же: каждый слой должен обладать четко заданными параметрами и не иметь дефектов, что позволит избежать рассеивания энергии и повысит дальность и качество передачи информации.
Гуляев отметил, что в настоящее время в промышленности для создания лазеров используются так называемые квантовые ямы - области в искусственных кристаллах, которые ограничивают движение частиц, заставляя их перемещаться только в плоском слое, однако на данный момент возможности развития этой технологии, фактически, исчерпаны.
Квантовые точки представляют собой следующий этап развития полупроводниковых технологий, это трехмерные фрагменты нанометровых размеров полупроводника, в котором «заперты» носители заряда. Воздействуя на квантовую точку переменным электрическим полем, можно обеспечить испускание фотонов.
«Переход от кристаллов в качестве активной среды к лазеру на квантовых точках должен обеспечить улучшение характеристик лазера, таких, как пороговый ток, температурная стабильность, ток насыщения, коэффициент усиления», - сказал Гуляев. А главное, по словам ученого, наша страна получает шанс значительно сократить технологическое отставание в данной области: вместо того, чтобы догонять конкурентов в рамках технологии, чей «потолок развития» уже очевиден, мы выходим на другую, ту, что еще только начинает развиваться и здесь, если мы и будем от кого-то отставать, то это будет уже не столь значительно. По крайней мере сейчас, как утверждают в Институте физики полупроводников, наша наука в этом направлении находится вполне на мировом уровне.
Успехи новосибирских физиков отметили и зарубежные «партнеры». Подводя итоги пресс-тура по лабораториям ИФП СО РАН, его директор, академик РАН Александр Латышев отметил, что его научное учреждение, наверное, единственное в Сибирском отделении, которое попало сразу в три санкционных списка.
«Пока мы этого не почувствовали, потому что ситуация всюду плохая в том смысле, что граница перекрыта. Тем не менее мы работаем, ничто нас не останавливает», - подытожил он.
Сергей Исаев
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии