В новой молодежной лаборатории будут разрабатываться элементы для развития силовых микросхем
Научно-исследовательская лаборатория «Элементная база силовой электроники на основе нитрида галлия» (НИЛ ЭБСЭ) откроется на базе Научно-образовательного центра «Зондовая микроскопия и нанотехнология» (НОЦ ЗМНТ). В ней будут разрабатываться новые элементы для развития силовых микросхем, новые конструкции гетероструктур A3B5 для применения в силовых транзисторах. Руководителем лаборатории назначен кандидат технических наук, старший научный сотрудник НОЦ ЗМНТ и по совместительству доцент кафедры квантовой физики и наноэлектроники Константин Царик.
Перспективы развития технологии силовой электроники на основе GaN
Современное развитие силовой электроники тесно связано с совершенствованием мощных полупроводниковых приборов. В частности, для будущих систем переключения мощности многообещающими устройствами являются транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) на основе нитрида галлия (GaN): они могут работать в условиях высокой мощности и частоты, высокого напряжения пробоя и низкого сопротивления во включенном состоянии. В последние годы рядом мировых фирм, в том числе NTT-AT Япония, EPIGAN Бельгия, International Rectifier и др. был разработан технологический процесс эпитаксиального роста нитрид-галлиевых гетероструктур на кремниевых подложках диаметром 150, 200 мм. Есть ряд научных текстов, в которых упоминаются также подложки и с диаметром 300 мм. В будущем ученые ожидают масштабного развития технологии силовой электроники на основе GaN и применения силовых транзисторов на основе GaN в электромобилях, центрах обработки данных и источниках питания. Ожидается, что по данным перспективам будет работать и новая НИЛ ЭБСЭ.
Мировой рынок GaN-приборов изделий в 2019-2026 гг по данным от компании Yole
Стартовый проект лаборатории
В рамках первой научно-исследовательской работы НИЛ ЭБСЭ выбран индустриальный партнер в лице АО «ЗНТЦ», которому интересна топология интегральной микросхемы «Силовой модуль для высоковольтных схем преобразования мощности».
Планируется разработать силовые транзисторы под пробивное напряжение порядка 650 В, с максимальным током до 40 А. В рамках достигаемого результата будет построена модель GaNHEMT с затвором р-GaN, обеспечивающая высоковольтное применение транзистора с высокой подвижностью носителей заряда в канале. Это позволит усовершенствовать конструкцию и сформировать инструкции по усовершенствованию технологии создания GaN-транзисторов.
Для достижения результата научно-исследовательская лаборатория будет работать в тесной связке с лабораторией «Аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии GaN гетероструктур на подложках кремния для силовых транзисторов» в ИФП СО РАН г. Новосибирска.
Lab2.jpg«По завершению этого проекта мы планируем разработать новые элементы для развития силовых микросхем, новые конструкции гетероструктур A3B5 для применения в силовых транзисторах, – говорит руководитель лаборатории Константин Царик. – Кроме того, методами приборно-технологического моделирования будут разрабатываться и высоковольтные СВЧ интегральные схемы на основе нитрида галлия на кремнии».
Константин Царик также отмечает, что научный коллектив создаваемой лаборатории имеет большой опыт проведения подобных исследований. Ранее он уже участвовал в разработках, связанных с новыми типами GaN HEMT транзисторов и новых конструкций наногетероструктур для них, исследованиях методик создания и моделировании двумерных и одномерных наноструктур и приборов на базе широкозонных материалов. «Для создания новой лаборатории в МИЭТе есть все необходимое: инфраструктура, кадры, базовое оборудование, вся теоретическая база, а также отдельная образовательная программа, связанная с новыми материалами и технологиями», – подчеркивает руководитель лаборатории.
Первый научный проект лаборатории «Элементная база силовой электроники на основе нитрида галлия» продлится до конца 2024 года. Предполагается, что предложенные технологические решения будут востребованы крупнейшими компаниями по производству электронных компонентов для систем питания, а полученные научные знания подтолкнут развитие российской науки в области способов формирования инновационных устройств электроники, оптоэлектроники и сенсорики на основе многофункциональных эпитаксиальных материалов, создаваемых на основе соединений A3B5.
