Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Батлер Джеймс Эхрич США
Номер договора
14.B25.31.0021
Период реализации проекта
2013-2017
Заведующий лабораторией

По данным на 30.01.2020

51
Количество специалистов
50
научных публикаций
10
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Задачей проекта является достижение условий использования монокристаллического алмаза в активных электронных устройствах, работающих при высоком напряжении, высокой частоте и высокой мощности, а также при особо неблагоприятных внешних условиях, за счёт преодоления основных ограничений по использованию алмаза в качестве полупроводника. Такими ограничениями являются качество материала и легирование. Результатами исследований должны стать устройства (диоды и переключатели) с лучшими, чем обеспечивают существующие полупроводниковые технологии, показателями напряжения, мощности и частоты.

Название проекта: Полупроводниковый CVD алмаз для мощных и высокочастотных электронных приборов

Приоритет СНТР: а



Цели и задачи

Направления исследований:

  • Исследование условий роста эпитаксиальных слоев алмаза электронного качества
  • Исследование легирования и демонстрация дельта-легированного монокристаллического алмаза и разработка активных электронных приборов на основе полупроводникового CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы) алмаза, работающих при высокой мощности и высокой частоте
Цель проекта: Разработка технологии, позволяющей сделать алмаз пригодным для создания полупроводниковых устройств материалом со следующими свойствами или их комбинациями: высокая рабочая мощность, высокая частота, работа в условиях высоких температур и/или в агрессивных средах
Практическое значение исследования
  • Создан принципиально новый тип реактора для получения легированного бором дельта-слоя CVD алмаза. Для него создана специальная система подвода газов, обеспечивающая одновременную подачу в реактор состоящую из шести различных газов смеси, а также быстрое переключение на другой состав газовой смеси и ламинарный поток газов в реакционной камере.
  • Предложена и обоснована расчетами новая конструкция дельта- легированного проводящего канала полевого транзистора, основанная на применении нового профиля распределения концентрации бора в канале, имеющего два близко расположенных максимума (на расстоянии порядка 3 нм). Показано, что такой профиль легирования обеспечивает повышение подвижности и проводимости канала на 60% по сравнению с профилем, имеющим один максимум.
  • Разработана технология получения в процессе выращивания монокристаллического CVD алмаза сильно легированных бором слоев толщиной 1-2 нм с концентрацией бора (5-10) 1020 см-3, имеющих рекордную подвижность дырок 300 см2/Вс при высокой поверхностной концентрации носителей заряда 1013 см-2. Высокая подвижность дырок достигается за счет резкого (на 4 порядка) перепада по концентрации бора между легированным и нелегированным алмазом на переходном слое в доли нанометра, а высокая концентрация носителей заряда достигается за счет полной ионизации примеси. Разработанная технология создания в толще алмаза тонкого, проводящего электрический ток слоя, включает последовательные процессы выращивания CVD алмаза в быстро изменяющихся по составу газовых смесях, содержащих водород и метан, легирующую добавку (бор) и геттер бора (кислород или сера). Применение технологии позволяет получать алмазный материал с параметрами, подходящими для создания полевых электронных приборов на алмазе.
  • Разработана конструкция полевого транзистора на основе легированного дельта-слоя алмаза, в том числе с контактами Шоттки. Построена модель транзистора с дельта-слоем, позволяющая учитывать разный закон изменения подвижности и неполной ионизации в разных областях структуры транзистора. Рассмотрено влияние глубины залегания дельта-слоя на ВАХ и ВФХ транзистора. Установлено критическое влияние на основные характеристики транзистора качества омических контактов истока и стока.

Внедрение результатов исследования:

Созданный в ходе реализации проекта CVD реактор используется для проведения исследований по грантам Российского научного фонда.

Образование и переподготовка кадров:

  • На базе Лаборатории и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» организованы международный научный симпозиум «Приложения мощного микроволнового излучения-2014», секция «Новые тенденции в науке о материалах» в рамках международной конференции (Нижний Новгород, 2016 г.), секционные заседания в рамках всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ» (Санкт-Петербург, 2015 г.).
  • В Лаборатории прошли профессиональную переподготовку и повышение квалификации 17 молодых ученых, специалистов и преподавателей из сторонних организаций (ФГУП «Научно-производственное предприятие «Исток» имени А. И. Шокина, Институт физики микроструктур РАН, Волжский государственный университет водного транспорта, ННГУ имени Н. И. Лобачевского, ФТИ имени А. Ф. Иоффе).
  • Защиты: 1 докторская и 4 кандидатские диссертации.
  • Разработаны курсы лекций для студентов Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» («История и методология нанотехнологий», «Широкозонные алмазоподобные материалы и приборы на их основе») и Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского («Технические основы плазменных технологий», «Лабораторный практикум по физике плазмы»). Модернизирован курс «Физика газового разряда».
  • Проведены лекции в рамках Нижегородского научно-просветительского центра «Знание-НН».

Сотрудничество

National Institute of Standards and Technology (США): совместные исследования характеристик образцов дельта-легированных бором эпитаксиальных слоев CVD алмаза

Скрыть Показать полностью
Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Lobaev M.A. et al.
Novel microwave plasma assisted CVD reactor for diamond delta doping. Physica Status Solidi (RRL). Vol. 10. Issue 4, pp. 324–327 (2016).
Kukushkin V.A., Snider G.L., Bogdanov S.A., Chernov V.V.
Delta layer doping profile in diamond providing high carrier mobility. Physica Status Solidi (RRL). Vol. 8. Issue 10, pp. 876–879 (2014).
Muchnikov A.B., Vikharev A.L., Butler J.E. et al.
Homoepitaxial growth of CVD diamond after ICP pretreatment. Physica Status Solidi A 212. No. 11: 2572–2577 (2015).
Butler J.E., Vikharev A., Gorbachev A. et al.
Nanometric diamond delta doping with boron. Physica Status Solidi (RRL) 11. No. 1: 1600329 (2017).
Lobaev M.A., Gorbachev A.M., Vikharev A.L. et al.
Investigation of boron incorporation in delta doped diamond layers by secondary ion mass spectrometry. Thin Solid Films. Vol. 653, рp. 215–222 (2018).
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория стохастических мультистабильных систем

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского»

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Нижний Новгород

Спаньоло Бернардо

Италия

2018-2020

Сверхбыстрая динамика ферроиков

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технологический университет»

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Москва

Кимель Алексей Вольдемарович

Нидерланды

2014-2018

Лаборатория проектирования специализированных интегральных микросхем

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Москва

Самсонов Владимир Михайлович

Россия

2013-2017