Специалисты молодежной лаборатории Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН разрабатывают технологию роста полупроводникового материала — нитрида галлия на кремниевых подложках. Такой материал используется в устройствах силовой электроники (высоковольтные источники питания, системы беспроводной зарядки носимой электроники, преобразователи напряжения) и СВЧ-электроники (системы телекоммуникаций, линии связи 5G, 6G).

В прошлом году сотрудники лаборатории отработали начальные стадии зарождения слоев нитрида галлия на кремнии, в этом — перешли к созданию буферных слоев. В 2024 г. ученые рассчитывают начать следующий технологический этап: отработку верхних слоев полупроводниковых структур.

«Технология роста нитридных гетероструктур на подложках кремния очень сложна, исследования активно ведутся во всем мире. При этом промышленная технология роста структур GaN-на-Si в России на данный момент не поставлена в российской промышленности. Основная трудность состоит в том, чтобы вырастить кристалл нитрида галлия высокого качества на подложке кремния, и связана с тем, что у этих кристаллов сильно отличаются параметры решеток и коэффициенты температурного расширения. За первый год (2022) существования молодежной лаборатории мы отработали начальные стадии зарождения слоев, в этом году — перешли к созданию буферных слоев — они должны быть с минимальным количеством дефектов, с высоким кристаллическим совершенством. Нам удалось отработать данные технологические этапы, и сейчас мы заняты подготовкой публикаций для подачи в высокорейтинговые научные издания — это часть отчётности по государственному заданию. В следующем году перед нами будут стоять не менее сложные задачи — отработка верхних слоев структуры, в которых будет располагаться двумерный электронный газ, слой, по которому протекает ток в транзисторе. Между контактами будущего транзистора должен протекать ток высокой плотности. Нам нужно отработать технологию и вырастить структуры с требуемыми характеристиками под заданные индустриальными партнерами параметры транзистора», — рассказал заведующий молодежной лабораторией аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии GaN гетероструктур на подложках кремния для силовых и СВЧ-транзисторов кандидат физико-математических наук Денис Сергеевич Милахин.

Он добавил, что нитрид галлия выдерживает большие температуры, поэтому способен работать при больших токах, а также является радиационно-стойким материалом. Поэтому нитрид галлия все чаще находит применение в силовой электронике, высоковольтных источниках питания, носимых зарядных устройствах, преобразователях напряжения и уже давно занимает свою нишу в СВЧ-электронике — системах связи 5G, 6G.

Молодежная лаборатория начала работу в 2022 году и была создана на конкурсной основе, в рамках проекта «Наука и университеты», по инициативе департамента стратегического развития Министерства науки и высшего образования РФ, в интересах промышленных предприятий. Всего в России учреждено около 60 таких лабораторий по направлению «Микроэлектроника».