Наногетероструктурная электроника

-->

Наногетероструктурная электроника

Учреждение Российской академии наук — Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) был основан в 2002 году членом-корреспондентом РАН МОКЕРОВЫМ Владимиром Григорьевичем, который вложил много сил, энергии и таланта в его становление. Помимо Российской академии наук в появлении нового института было заинтересовано и Российское агентство по системам управления, которое выделило для него помещение на своей территории

ISVChPE.jpg .

Основные задачи института – фундаментальные и прикладные исследования в области транзисторных наногетероструктур, исследования и разработки транзисторов и микросхем на их основе, моделирование и проектирование гетероструктурных СВЧ-приборов для телекоммуникационных и локационных систем, внедрение научных разработок в производство. Необходимость в таком институте назрела давно, поскольку в институтах РАН были достигнуты выдающиеся научные результаты в области физики и технологии наногетероструктур, но реального применения в промышленной электронике этой технологии не было: в России не производились ни транзисторы, ни, тем более, микросхемы на гетероструктурах.

  • Именно для «сращивания» высокой «гетероструктурной» науки с электроникой и потребовался такой институт, который наряду с фундаментальными исследованиями физики и технологии гетероструктур и разработкой новых гетероструктурных приборов должен был обеспечить внедрение новых научных разработок в производство. Так это происходит в передовых странах мира, где лидерами в разработке новейших технологий и приборов (с изготовлением экспериментальных партий) выступают университеты (аналог нашей академической системы), которые затем внедряют свои разработки на промышленные фирмы.

В институте удалось собрать и развернуть экспериментальную технологическую линию по изготовлению гетероструктурных приборов с минимальным размером элемента 100 нм, охватывающую весь цикл: от выращивания эпитаксиальных наногетероструктур до изготовления транзисторов и микросхем. Особых усилий потребовало создание технологии грибообразного затвора транзистора с применением многослойной системы электронорезистов. Разработан САПР, включающий все стадии — от моделирования исходной гетероструктуры до топологического проектирования интегральных схем.

  • Наш институт сотрудничает с московскими вузами: МГУ, МИРЭА, МИФИ, МИЭМ, МИСиС. Студенты не только проходят практику и получают дополнительные знания и реализуются как инженеры, но и защищают кандидатские диссертации. Совместно с МИФИ была организована новая кафедра «Физика наноразмерных гетероструктур и СВЧ наноэлектроники», которая непосредственно готовит специалистов для целей института, с учетом всей специфики СВЧ полупроводниковой электроники.

Сейчас в СВЧ полупроводниковой электронике наиболее важны два направления.

  • Первое — это транзисторы и микросхемы на широкозонной гетеросистеме GaN/AlGaN. У нитрида галлия ширина запрещенной зоны составляет ?3,4 эВ, т.е. в 2,5 раза больше, чем у GaAs. В результате, напряжение пробоя транзисторов, определяемое эффектом ударной ионизации «зона-зона», здесь достигает сотен вольт, тогда как в GaAs оно не превышает 20–30 В. Плотности рабочих токов в обоих случаях одного порядка — примерно 1 А на миллиметр длины затвора транзистора. В результате, максимальная выходная мощность приборов на нитридах на порядок выше, чем в транзисторах на GaAs. Именно с этим направлением и связывают грядущую революцию в «твердотельной» радиолокации на активных фазированных антенных решетках (АФАР). Хотя, безусловно, для перехода этой новой технологии в стадию производства еще должен быть решен сложный комплекс проблем, связанных с надежностью приборов.
  • Второе направление СВЧ полупроводниковых приборов, развиваемое в нашем институте, базируется на гетеросистемах InAlAs/InGaAs и GaAlAs/InGaAs, выращиваемых на подложках InP и GaAs соответственно. Транзисторы на этих гетероструктурах являются самыми высокоскоростными из всех существующих в мире твердотельных трехэлектродных приборов.

С момента основания (2002) институт смог выполнить большой объем работ, он продолжает развиваться и расти: обновляется парк современного оборудования, разрабатываются новые технологии, сплоченный коллектив пополняется молодыми специалистами. И за все это мы благодарны В.Г.Мокерову: это он собрал и сплотил коллектив, который за короткое время сумел в своих разработках выйти на мировой уровень.

Юрий МАТВЕЕВ, и.о. директора ИСВЧПЭ РАН

Примеры разработок ИСВЧПЭ РАН:

  • Впервые в России на гетероструктурах AlGaN/GaN разработаны и изготовлены высокотемпературные и радиационно-стойкие СВЧ-транзисторы с пробивным напряжением свыше 100 В, максимальной удельной мощностью не менее 4,5 Вт на один миллиметр длины затвора и предельной частотой усиления по мощности 110 ГГц. Эти транзисторы являются основой для создания монолитных интегральных схем усилителей мощности для передающих модулей АФАР.
  • Впервые в России на гетероструктурах AlGaAs/InGaAs/GaAs разработана и изготовлена монолитная интегральная схема трехкаскадного малошумящего усилителя, имеющего параметры: коэффициент шума менее 1,6 дБ в диапазоне частот 8,5–12 ГГц; коэффициент усиления более 30 дБ в диапазоне частот 6–14 ГГц, которые соответствуют лучшим зарубежным аналогам. Эта монолитная интегральная схема может применяться во входных цепях АФАР.

http://www.sovetnikprezidenta.ru/72/7_nano.html

Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН



nikst аватар
  • В институте удалось собрать и развернуть экспериментальную технологическую линию по изготовлению гетероструктурных приборов с минимальным размером элемента 100 нм, охватывающую весь цикл: от выращивания эпитаксиальных наногетероструктур до изготовления транзисторов и микросхем. Особых усилий потребовало создание технологии грибообразного затвора транзистора с применением многослойной системы электронорезистов. Разработан САПР, включающий все стадии — от моделирования исходной гетероструктуры до топологического проектирования интегральных схем.

Новых успехов и достижений!..