Российским исследователям удалось улучшить характеристики транзистора на основе нитрида галлия. Эти устройства используются в качестве основного элемента сверхвысокочастотных устройств радиолокации и сетей 5G. Об изобретении ученые доложили на XIV Российской конференции по физике полупроводников.

Сверхвысокочастотные (СВЧ) устройства современных радиолокационных систем должны работать при высоких температурах, иметь небольшие размеры и вес, обладать заданной входной мощностью. Их основной элемент — транзистор с высокой подвижностью электронов. Сегодня для его изготовления применяется нитрид галлия (GaN). Это вещество обладает всеми свойствами, чтобы эффективно увеличить мощность транзисторов и обеспечить стабильность их работы при повышенных температурах. Однако в процессе синтеза этого материала в его кристаллическую структуру попадает кислород, что приводит к изменениям свойств полупроводника и ухудшает характеристики транзистора на его основе.

Исследователи из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН совместно с коллегами из НГУ, ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН и МИЭТ смогли усовершенствовать методику получения нитрида галлия так, чтобы из его структуры полностью исчезли атомы кислорода. Задав параметры конечного материала, с помощью компьютерного алгоритма ученые смогли вычислить точные условия, при которых должно проходить получение материала.

Нитрид галлия получали с помощью метода молекулярно-лучевой эпитаксии — одновременного нанесения на подложку паров металла и аммиака в условиях сверхвысокого вакуума. В процессе химической реакции на поверхности растет полупроводниковая пленка, которая повторяет структуру подложки. В данном случае необходимо максимальное соблюдение чистоты процесса, потому что даже один примесный атом на миллион может кардинально поменять свойства полупроводника.

«С помощью созданного математического алгоритма мы рассчитали оптимальные параметры для создания буферного слоя, который обладает высоким электрическим сопротивлением. При выращивании полупроводниковых гетероструктур мы использовали более низкие температуры — 800 °C — при скорости потока аммиака 0,25 литра в минуту. В результате мы получили нитрид галлия с рекордно низким содержанием атомов кислорода в нем. Также мы убедились, что выбранные параметры не приводят к ухудшению других свойств всей полупроводниковой структуры», — рассказал ведущий автор исследования, инженер-технолог лаборатории молекулярно-лучевой эпитаксии ИФП СО РАН Тимур Малин.