Созданы алмазные пластины с бором для силовой электроники будущего
Специалисты СПбГЭТУ «ЛЭТИ» вместе с индустриальным партнером создали образцы алмазных пластин с добавлением бора. По мнению ученых, это первый шаг к массовому производству электронных компонентов, представляющих огромный интерес для современной криптографии, космической и ядерной промышленности.
Сейчас основным полупроводниковым материалом, благодаря своей доступности, низкой стоимости и выдающимся полупроводниковым и оптическим характеристикам, является кремний. Однако он имеет ограничения при работе в высокочастотной электронике и не подходит для оптоэлектронных устройств из-за низкой эффективности излучения света. Также кремний чувствителен к радиации и обладает относительно низкой теплопроводностью, что приводит к деградации устройств на его основе. В связи с этим ученые ищут новые материалы, которые смогут выдерживать критические параметры работы в космосе, радиоактивных средах, подводных условиях, высокогорных и полярных регионах.
Одним из перспективных материалов, способных работать в экстремальных условиях, является химически чистый алмаз. Сам по себе он является диэлектриком, однако при внедрении легирующих элементов, таких как азот, бор и фосфор, этот материал становится полупроводником, приобретая важное значение для микроэлектроники. Особый интерес вызывают алмазные кристаллы с примесью бора, которые рассматриваются как основа для устройств опто- и микроэлектроники нового поколения. Над их изучением работают научные группы по всему миру, в том числе в СПбГЭТУ «ЛЭТИ».
«Наш научный коллектив занимается характеризацией чистых алмазных подложек, легированных бором. Они являются основой для прототипов относительно простых, но весьма эффективных электронных устройств — диодов Шоттки, которые будут характеризоваться высокой надежностью, большим напряжением пробоя, рекордно высокой теплопроводностью и увеличенным сроком службы», — рассказал один из авторов разработки, профессор кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Василий Зубков.
Объемные кристаллы алмаза ученые выращивают методом HPHT (High Pressure High Temperature), имитирующим природные условия, при которых алмазы образуются в земной коре. Графит (углерод) помещают в камеру, где создаются высокое давление (5–6 ГПа) и высокая температура (1300–1600°C), под воздействием которых тот в течение нескольких дней превращается в алмазный кристалл. Легирование осуществляют в процессе роста алмаза. Далее получившийся кристалл с помощью лазерной техники нарезают на пластины, которые служат основой для выращивания других полупроводниковых структур и размещения различных электронных компонентов.
На данный момент получен образец, на основе которого можно изготавливать прототипы электронных устройств. Однако, как отмечают ученые, для внедрения разработки в массовое производство необходимо достичь размеров алмазной монокристаллической подложки электронного качества от 2 дюймов и выше с плотностью дислокаций менее 103 см-2. Именно на это будут направлены дальнейшие исследования.