Председатель Правительства РФ Дмитрий Анатольевич Медведев провел совещание, посвященное перспективам развития отечественной микроэлектроники. В нем принял участие председатель СО РАН академик Александр Леонидович Асеев, что подтвердило возможность сибирской науки внести свой вклад в развитие электронной компонентной базы. Наиболее активно в этом направлении работает Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН.
Нужен новый центр
Разработка новых приборов и схем нуждается в переходе на новый уровень технологического оборудования, ключевое требование к которому — обеспечение нанометровых размеров элементов в структурах, создаваемых приборах и схемах. Для решения этой проблемы нужны серьезные финансовые вложения.
В ИФП СО РАН имеются три технологические линейки для создания приборных структур и схем на основе полупроводниковых материалов: кремний-германий, А3В5 (арсенид галлия, нитриды) и А2В6 (кадмий-ртуть-теллур).
К сожалению, возможности этих линеек для практической реализации существенно затруднены, так как промышленные предприятия перешли на использование подложек диаметром 100 и более миллиметров, тогда как имеющиеся у ИФП СО РАН ростовые установки имеют максимальный диаметр пластин 76 миллиметров.
В связи с этим ученые предлагают создать при ИФП СО РАН новый научно-технологический центр национального значения — кремниевую мини-фабрику «Центр прототипирования изделий био- и наноэлектроники» на основе разработок институтов СО РАН. Цель проекта — разработка и производство малых серий принципиально новых продуктов на основе технологий кремниевой наноэлектроники. Многолетняя связь институтов ИФП СО РАН с университетами Новосибирска, Томска и Красноярска обеспечивает возможность подготовки высококвалифицированных кадров для функционирования этого центра.
Неизведанный мир СВЧ
То, о чём сказано выше, далеко не единственное направление работы ИФП. В институте реализована оригинальная методика получения структур кремний-на-изоляторе DeleCut, что позволило разработать ряд нанотранзисторов с размерами активной области много меньше 100 нанометров, в том числе для радиационностойкой элементной базы.
В последнее время проводятся работы по применению в электронных устройствах алмазных пленок и по разработке элементной базы адаптивной, нейроморфной электроники и сенсорики на основе мемристоров (элементов, способных менять сопротивление в зависимости от протекающих через них зарядов) и нанопроволочных транзисторов с оксидами металлов, например, созданы нанопроволочные биосенсоры, которые использовались в качестве фемточувствительных сенсорных элементов для приложения в исследованиях в области живых систем.
Институт является разработчиком и поставщиком псевдоморфных AlGaAs-InGaAs-GaAs и нитридных гетроструктур для предприятий-производителей мощных полевых транзисторов для СВЧ-техники. Только в последние годы они были сделаны для ОАО «Исток» им. А.И. Шокина, ОАО «Октава», ЗАО «Планета-Аргалл», НПП «Пульсар», НПФ «Микран». Сейчас пристальное внимание уделяется выращиванию полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур AlGaN/GaN для следующего поколения мощных СВЧ-транзисторов и монолитных интегральных схем СВЧ-электроники.
Прогресс в этой области СВЧ-техники стимулировал появление нового класса задач, связанных с передачей и преобразованием аналогового СВЧ-сигнала в оптический и наоборот, используя полупроводниковые структуры. Слияние радиоэлектроники и фотоники в одном полупроводниковом кристалле получило название радиофотоники. Численное трехмерное моделирование методом конечных разностей во временной области позволило показать высокую эффективность пересечения кремниевых полосковых волноводов (кремниевых проволок) с помощью вертикальной связи (через окисный слой). Это может использоваться в компонентах радиофотоники.
В институте выполняются работы по созданию быстродействующих элементов памяти на основе нитрида кремния с использованием альтернативных диэлектриков с высокой проницаемостью (ZrO2, HfO2, Ta2O5, Al2O3, BaSrTiO3) и радиационностойких элементов памяти на основе резистивного эффекта.
Что может эпитаксия?
ИФП СО РАН предложил методы формирования трехмерных полупроводниковых наноструктур разнообразной формы и геометрии на основе использования эпитаксиальных технологий, напряженных пленок и селективного травления «жертвенного» слоя. С помощью этой технологии, в частности, изготовлены полупроводниковые нанотрубки с высокоподвижным двумерным электронным газом на цилиндрической поверхности. По данной технологии созданы новые электромагнитные метаматериалы с трехмерными резонаторами, в том числе: киральные изотропные и анизотропные, высокочастотные магнитные, трубчатые с геликоидальной проводимостью, с подвешенными элементами и помещенными в полимер, обладающие гигантской оптической активностью и отрицательным коэффициентом преломления. Другим направлением является формирование гибридных и графеновых оболочек, а также графеновых пленок.
В институте разработана технология создания микроканальных матриц из монокристаллического полупроводникового кремния с применением технологических процессов микроэлектроники и электрохимии. Такие пластины микронного или нанометрового размера пор могут быть использованы как мембраны для крупных органических молекул или фильтрации ультрадисперсных биокомплексов. Сейчас такие мембраны для биологического применения проходят испытания в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.
Ярким примером развития электронной компонентной базы является метод молекулярно-лучевой эпитаксии, который позволяет создавать полупроводниковые наноструктуры пониженной размерности, квантовые проволоки и квантовые точки, которые открыли новые возможности для дизайна материалов и приборов. Достижения в разработке и изготовлении полупроводниковых наноструктур определяются высоким уровнем развития в институте нанотехнологий и нанодиагностики. Это позволяет с атомной точностью получать наноструктуры с заданным структурным совершенством.
«Наука в Сибири»
Фото: Юлия Позднякова