Российские ученые совершили важный прорыв в разработке массовых электронных компонентов нового поколения, открывающих широкие перспективы для криптографии, космической и ядерной промышленности.
Современная электроника базируется на различных полупроводниковых материалах — кремнии, германии, галлии и его соединениях, включая арсенид галлия (GaAs), а также селене. При всех своих достоинствах эти материалы имеют определенные ограничения в применении.
Кремний, являясь самым распространенным и экономически выгодным полупроводником с превосходными характеристиками, сталкивается с серьезными ограничениями. Его применение затруднено в высокочастотной электронике, а для оптоэлектронных устройств он малоэффективен из-за слабого светоизлучения. Уязвимость к радиации и недостаточная теплопроводность также снижают надежность кремниевых компонентов. Эти факторы побудили исследователей искать альтернативные материалы для работы в экстремальных условиях космоса, радиоактивных зон, под водой и в суровом климате высокогорья и полярных регионов.
Инновационным решением становится применение химически чистого алмаза. Хотя в природном состоянии он является диэлектриком, добавление примесей азота, бора и фосфора превращает его в первоклассный полупроводник с уникальными свойствами для микроэлектроники.
Особенно перспективными считаются алмазные кристаллы с добавлением бора, которые могут стать фундаментом для революционных устройств опто- и микроэлектроники. Эти материалы привлекают внимание исследователей во всех ведущих лабораториях мира.
Научная группа российских специалистов успешно разрабатывает чистые алмазные подложки с боровым легированием. На их основе создаются эффективные диоды Шоттки, отличающиеся исключительной надежностью, высоким пробойным напряжением, непревзойденной теплопроводностью и длительным сроком службы.
Технология создания объемных алмазных кристаллов основана на методе HPHT (High Pressure High Temperature), воспроизводящем естественный процесс формирования алмазов в земных недрах. В специальной камере графит подвергается воздействию экстремального давления (5–6 ГПа) и температуры (1300–1600°C), превращаясь в алмазный кристалл за период около 20 дней. Легирование происходит непосредственно при росте кристалла. Готовый алмаз разделяется на пластины с помощью лазера, создавая основу для дальнейшего производства полупроводниковых структур и электронных элементов.
Российская компания «New Diamond Technology» в сотрудничестве с ведущими учеными разрабатывает технологию производства электронных компонентов на алмазной основе. Исследователи уже создали точную методику определения концентрации бора в алмазных структурах, что критически важно для контроля качества материалов.
Текущие достижения позволяют создавать экспериментальные образцы электронных устройств. Для перехода к массовому производству необходимо увеличить размеры алмазной монокристаллической подложки до 2 дюймов и более при плотности дислокаций менее 103 см-2. Это направление становится приоритетным для дальнейших научных исследований.
Международное научное сообщество высоко оценило результаты работы на конференции «11th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors (APWS 2024)» в Пусане.
Источник: scientificrussia.ru
