News image News image News image News image News image News image News image News image


Молекулярно-пучковая эпитаксия. Оборудование и результаты
Новости и технологии - Наноматериалы

молекулярно-пучковая эпитаксия. оборудование и результаты

Метод молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) основан на выращивании полупроводниковых слоев из испаряемых в сверхвысоком вакууме (~10-11 мм.рт.ст.) эффузионными источниками компонентов, причем распространение потоков компонентов роста в объеме происходит в режиме молекулярного пролёта. Для обеспечения необходимой чистоты процесса и сверхвысокого вакуума кроме внешней безмасляной откачной системы (турбомолекулярные, ионные, крио-насосы) используются встроенные в ростовой реактор и заполненные жидким азотом криопанели.

Сильный разогрев источников и подложки, прецизионные встроенные методики исследования, необходимость механического перемещения подложек между камерами в условиях сверхвысокого вакуума приводят к заметной сложности оборудования. Как следствие, установки МПЭ производятся лишь несколькими фирмами в США и Европе. В России серийный выпуск таких установок, начатый в 80-ые годы, к середине 90-х гг. был повсеместно прекращен, причем уровень продукции, сравнимого с зарубежным качества, так и не был достигнут.

В 2001 г. за разработку и производство установок МПЕ (торговая марка SemiTEq ) (Рис. 1) взялось новое предприятие– ЗАО Научное и технологическое оборудование (Санкт-Петербург). Предприятие было основано технологами, имевшими большой опыт практической работы на отечественном и зарубежном оборудовании МПЭ в ФТИ им. Иоффе РАН. К работам были привлечены конструкторы из бывшего НПО Аналитического приборостроения (Санкт-Петербург) и НИТИ (Рязань), участвовавшие в создании первых серийных отечественных установок МПЭ.

Предприятие начало свою деятельность с разработки специализированной установки МПЭ для выращивания структур на базе нитридов 3-ей группы (В 1990-2000 гг. нитридные полупроводники продемонстрировали исключительные приборные возможности в оптоэлектронике и СВЧ-микроэлектронике). Выяснилось, что ростовые условия для их создания заметно отличаются от условий для классических полупроводников А3В5 (например, AlGaAs). Попытки адаптации для этих целей традиционных установок МПЭ не дали желаемых результатов. Требовалось заметное повышение температуры подложки, существенное усиление откачной системы для удаления используемого в качестве источника азота значительного потока аммиака и др. (Применительно к нитридам это, в частности, привело в мире к временному отставанию технологии МПЭ по сравнению с газотранспортными методами).

Разработчикам ЗАО Научное и технологическое оборудование удалось решить вышеназванные проблемы. Созданные к 2005 г. установки STE3N2 (Рис. 2), STE3N3 демонстрируют уровень технологических и приборных результатов, сравнимый с зарубежными, полученными с использованием газотранспортных методов и на специализированных МПЭ-установках иностранного производства. Первая апробация созданного на предприятии оборудования МПЭ была проведена в ЗАО Светлана-Рост (Санкт-Петербург), которое специализируется на разработке и серийном выпуске полупроводниковых гетероструктур, СВЧ-транзисторов и МИС на их основе. Разработанные им нитридные гетероструктуры для СВЧ-микроэлектроники демонстрируют полное отсутствие эффекта коллапса (падение мощности в СВЧ-режиме по сравнению со статическими характеристиками), что характерно для нитридных транзисторов. Подвижность в двумерном канале на гетерогранице GaN/AlGaN составляет ~1500 см-2/В×с при концентрации ~1,5×1013 см-2. (Отметим, что концентрация носителей почти на порядок превышает максимальные значения для структур на основе AlGaAs). Разброс удельного слоевого сопротивления Rs по пластине – не более ±1,5%, что определяет высокий выход годных при производстве транзисторов (Рис. 3).

Совместно с ФГУП Исток на созданных гетероструктурах были изготовлены транзисторы с удельной мощностью 3,8 Вт/мм при 10 ГГц, что близко к предельным значениям для структур, выращенных на сапфире. Достижение указанных результатов в значительной степени обусловлено возможностями ростового оборудования. Установки STE3N2 и STE3N3 обеспечивают максимальное значение температуры образца не ниже 12000С, что по меньшей мере, на 2000С выше, чем у GaN-ориентированной установки Compact-21 производства фирмы Riber (Франция) – одного из мировых лидеров в этой области. Возможность проведения процесса при ~12000С позволяет растить гетероструктуры с переходного слоя AlN, имеющего высокое кристаллическое совершенство. Выращенный на таком слое объемный нитрид галлия демонстрирует рекордные значения подвижности свободных носителей (Рис. 4). Эта базовая характеристика материала для газотранспортной технологии оказывается, как правило, выше, чем для МПЭ. Результат, полученный на STE3N2, превышает литературные данные как для традиционного МПЭ оборудования, так и для газотранспортной эпитаксии (при росте на сапфире).

Важный приборный аспект включающего переходной слой AlN ростового процесса – возможность его легкой адаптации к различным видам подложек: сапфир, кремний, карбид кремния. Высокая теплопроводность подложек Si и, в особенности, SiC позволяет существенно снизить влияние теплового разогрева на работу мощного транзистора.

Особенности созданного оборудования обеспечивают эти результаты.

Ростовой реактор диаметром ~600 мм включает в себя:

Система откачки реактора состоит из: коррозионно-стойкого турбомолекулярного и ионного насосов, безмасляной системы форвакуумной откачки. Обслуживающие камеры (одна в STE3N2, две в STE3N3): шлюзовая камера с накопителем на восемь образцов; дополнительная камера подготовки, обеспечивающая прогрев и обезгаживание подложек перед ростом. Камеры имеют индивидуальную систему откачки; объединяются линейными манипуляторами, которые переносят образцы из одной камеры в другую. При проведении ростового процесса реализуются следующие функции управления:

Процесс полностью автоматизирован, но может проводиться и вручную (от персонального компьютера). Следует также отметить использование оригинальной конструкции эффузионных источников галлия и алюминия собственной разработки, позволяющей учитывать специфику их эксплуатации в атмосфере аммиака и обеспечивать длительную работоспособность в сочетании с высокими скоростями роста AlN и GaN (>1 мкм/ч).

Конструкция источников, как и ряд принципиально важных технических решений по установкам в целом, запатентованы. Апробация головного экземпляра установки STE3N2 в ЗАО Светлана-Рост имела целью не только проведение технологических работ, но и испытания надежности всей конструкции. После годичной эксплуатации, в ходе которой было выполнено более трехсот эпитаксиальных процессов, был начат серийный выпуск установок STE3N2 и STE3N3. К настоящему времени осуществлены поставки:

ЗАО Научное и технологическое оборудование кроме нитридных МПЭ-установок, освоило производство оборудования МПЭ для классических полупроводников A3B5/A2B6 (Рис. 5, 6), установок электронно-лучевого напыления, плазмо-химических установок травления и нанесения диэлектриков, оборудования для термической обработки полупроводниковых пластин.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Почему цвет наночастиц может зависеть о

News image

.В наномире изменяются многие механические, термодинамические и электрические характеристики вещества. Не являются исключением и их оп...

Наземные солнечные фотоэлектрические уст

News image

Эффективное использование солнечной энергии в интересах широкого развития экологически чистой электроэнергетики возможно лишь в случае пр...

История нанотехнологий

News image

Учёным и технологам давно известно, что весьма мелкие частицы различных веществ обладают свойствами не адэкватными св...

Наностенки из NiO

News image

Оксид никеля NiO обладает множеством перспективных применений в термоэлектрических устройствах, газовых сенсорах, электродах, электрохромных пленках, со...

Химический слой спасёт ваши носки от нам

News image

Практически любую поверхность или ткань можно сделать водонепроницаемой, но в то же время позволить ей ды...

Ученые получили спектр экзопланеты

News image

Спектр экзопланеты, наложенный на снимок звезды HR 8799 и самой планеты (верхний кру...

Защита от биологического и химического о

News image

Нанокомпании уже несколько лет подряд совершенствуют системы защиты от химического и биологического оружия.Только 2002 году пр...

Новый вид воздушного транспорта. Дирижаб

News image

Французкая компания Massaud Studiо в сотрудничестве с Национальным аэрокосмическим агентством Франции ONERA разработала проект гелиевого ди...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Обои смогут защитить здание от повреждений

Berry Plastics в сотрудничестве с Army Corp of Engineers разработала новые обои, которые способны защитить здания от повреждений. Обои под на...

Новый метод создания электродов для измерения свойств н

Ученые, изучающие физические явления на наноуровне, хорошо знают, что «припаять» контакты к единичной органической молекуле зачастую намного сложнее, чем синтезировать са...

ИЗОБРЕТЕН ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП С ЗОЛОТЫМ ПЕРОМ

Немецкие и швейцарские физики придумали оптический микроскоп с золотым пером , который сможет конкурировать с громоз...

Нанотрубки научились получать в промышленных масштабах

Углеродные нанотрубки, основу для сверхпрочных материалов, можно будет получать в промышленных масштабах: благодаря изобретению американских химиков их стоимость заметно снизится. Нанотрубка – ...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.