Получен полупроводниковый материал с улучшенными характеристиками — Naked Science
9 минут
НИТУ «МИСиС»

Получен полупроводниковый материал с улучшенными характеристиками

4.9

Ученые НИТУ «МИСиС», ФТИ имени А. Ф. Иоффе и компании «Совершенные кристаллы» продемонстрировали возможность изготовления нового материала и эффективного управления его свойствами с помощью дешевой и экономичной технологии его выращивания. Материал является перспективной альтернативой кремнию в приборах силовой полупроводниковой электроники и позволяет работать с более высокими напряжениями, при более высоких температурах и с меньшими потерями мощности.

Получен полупроводниковый материал с улучшенными характеристиками / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

Статья о разработке опубликована в журнале APL Materials. В силовой полупроводниковой электронике, как и во многих других областях полупроводниковой электроники, возможности кремния, основного полупроводникового материала, оказались практически исчерпанными. Поэтому ученые ведут интенсивный поиск материалов с новыми свойствами, которые позволили бы обеспечить качественный рывок в достижимых величинах напряжений и токов и рабочих температурах при сохранении высокой эффективности работы.

Ключом здесь является переход к так называемым широкозонным материалам, в которых требуется сообщить электронам атомов очень большую энергию, чтобы они начали участвовать в переносе электрического тока. Чем больше ширина запрещенной зоны, тем более высокое напряжение можно приложить к контактам прибора, не вызывая электрического пробоя, и тем ближе можно расположить контакты, уменьшая сопротивление, а значит, электрические потери мощности, и тем при более высокой температуре устройство будет сохранять свою работоспособность.

Полупроводниковый материал на основе оксида галлия / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

Около двадцати последних лет прошли под знаком перехода в силовой электронике от кремния с шириной запрещенной зоны 1,2 эВ и электрическим полем пробоя 0,3 МВ/см к карбиду кремния SiC и нитриду галлия GaN c запрещенной зоной 3,3-3, 4 эВ и электрическим полем пробоя большим в десять раз, около 3 МВ/см. Но даже такое увеличение критического поля, вызывающего пробой, оказывается недостаточным для все возрастающих требований к силовым приборам в современном мире.

В настоящее время наибольшее внимание ученых привлекает оксид галлия, Ga2O3, существующий в нескольких кристаллических модификациях-политипах, среди которых важнейшим является стабильный политип бета-Ga2O3 с шириной запрещенной зоны 4,8 эВ и полем пробоя 8 МВ/см.

Сравнение характеристик различных полупроводников для силовой электроники / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

Однако и другие, менее стабильные политипы, в частности, альфа-Ga2O3, также заслуживают внимания и изучения, потому что их запрещенная зона еще больше (5,2 эВ для альфа-Ga2O3), кристаллическая структура более симметрична, такие пленки можно растить на очень дешевых и высокосовершенных подложках сапфира с той же кристаллической структурой, что и альфа-Ga2O3, а наличие большого количества родственных окислов металлов с той же структурой и интересными свойствами позволяет создавать разнообразные полезные комбинации.

К сожалению, выращивание совершенных пленок Ga2O3 и нахождение подходящих легирующих примесей, которые позволили бы управлять проводимостью пленок в широком диапазоне, представляет трудную задачу. Ее решению посвящено совместное исследование группы ученых в ФТИ имени А. Ф. Иоффе и компании «Совершенные кристаллы» в Санкт-Петербурге и группы в НИТУ «МИСиС» в Москве.

Петербургская часть коллектива, руководимая профессором Владимиром Николаевым, сумела вырастить толстые пленки Ga2O3 с достаточно высоким структурным совершенством и ввести в них примесные атомы олова, поставляющие электроны и изменяющие проводимость пленок в очень широких пределах.

Рост проводился с помощью метода галоидной эпитаксии, ранее широко использовавшегося в данной лаборатории для получения и легирования совершенных кристаллов и пленок нитрида галлия и твердых растворов на его основе. Такие структуры широко используются для создания мощных светодиодов и лазеров, полупроводниковых выпрямителей, мощных транзисторов на основе InGaAlN. Легирование пленок Ga2O3 оловом в процессе выращивания осуществлялось с использованием паров летучих солей олова.

В московской группе исследователей под руководством заведующего лабораторией широкозонных материалов и приборов, профессора Александра Полякова из приготовленных пленок были сделаны тестовые диодные структуры и подробно изучены электронные свойства материала, а также электронная структура имеющихся в нем примесей и дефектов.

Свойства оказались похожими на свойства, изученные ранее для стабильного политипа Ga2O3. Полученные результаты вселяют оптимизм касательно перспектив использования Ga2O3 в силовых приборах, хотя еще потребуется провести очень серьезные дополнительные исследования, чтобы повысить стабильность материала и улучшить его характеристики и их воспроизводимость.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» — российский технический университет; первый вуз в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета», лучший вуз России 2019 года по версии Forbes Россия. Сегодня в состав НИТУ «МИСиС» входят 9 институтов и 6 филиалов, 4 из которых работают в России и 2 за рубежом.
Вчера, 16:23
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, строительству российской орбитальной станции дали зеленый свет. Практическая реализация программы должна начаться вскоре.

Вчера, 14:32
5 минут
Мария Кривоченко

Результаты недавней работы показали, что люди, которые переживают значительные перепады уровня сахара в крови через несколько часов после еды, чувствуют себя более голодными. Из-за этого они потребляют в течение дня на сотни килокалорий больше, чем другие.

3 часа назад
43 минуты
Александр Березин

Сорок лет назад, в апреле 1981 года, «Шаттлы» начали свои полеты в космос, а десять лет назад — прекратили. Обычно о них пишут: выполнили задачи, просто оказались слишком дорогими. Мы покажем обратное: исходно задачей этих многоразовых кораблей была дешевизна, поэтому с самого начала проект был катастрофой. Беда в следующем: общая идея, стоящая за «Шаттлами», похожа на ту, что стоит за принципиально новым средством полетов в космос — Starship. Повторит ли детище Илона Маска незавидную судьбу космических челноков?

Вчера, 10:28
5 минут
Ольга Иванова

Ученые из Австралии узнали, на протяжении какого периода времени сохраняется эффект эйфории после употребления марихуаны. Это необходимо, например, для более эффективного применения лекарств на основе каннабиса или понимания того, сколько времени необходимо, чтобы сесть за руль.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

Вчера, 15:06
5 минут
Ольга Иванова

Хронический риносинусит, который связан с постоянной заложенностью носа и головными болями, как выяснили ученые, может вызывать и изменения в головном мозге.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: