Перспективные разработки

Фотоприемные элементы на диапазон длин волн λ=1,3-1,55 мкм на гетероструктурах Ge/Si с квантовыми точками Ge

Лаборатория неравновесных полупроводниковых систем

Полевой транзистор со встроенным слоем квантовых точек Ge в слое Si на изоляторе

Лаборатория неравновесных полупроводниковых систем

Сверхбыстродействующие полупроводниковые лазеры с вертикальным резонатором

Лаборатория молекулярно-лучевой эпитаксии полупроводниковых соединений А₃В₅
Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе
Institut fur Festkorperphysik and Center of NanoPhotonics Technische Universitat, Berlin

Радиационно стойкие КНИ КМОП интегральные схемы на нанотранзисторах для экстремальных условий эксплуатации

Лаборатория физических основ материаловедения кремния

Характеристика

Теоретически и экспериментально исследованы параметры КНИ КМОП тестовых интегральных схем на основе 90 нм КНИ КМОП нанотранзисторов с частичным обеднением сильно легированных каналов. Низкие значения порогового напряжения (0,6 В) получены уменьшением толщины азотированного подзатворного оксида до 5 нм и изотипным ионным легированием затворов n- и p-канальных КНИ МОП нанотранзисторов с высоким уровнем легирования каналов ~10¹⁸ см^-3. При проведении испытаний оптимизированных КНИ нанотранзисторов и элементов ИС при повышенных температурах в диапазоне 20-250°С и уровнях радиации в диапазоне доз 10⁵-10⁷ рад получено, что передаточные характеристики инверторов с ростом температуры практически не меняются, а подвергшиеся радиационному воздействию дозой гамма-излучения свыше 10 Мрад инверторы имеют нормальную характеристику переключения и токи потребления в ждущем режиме не более 2×10^-8 А, аналогично необлученным инверторам.

Рис. 1. АСМ изображение 90 нм поли-кремниевого затвора, лежащего между областями исток-стока.

Малые изменения характеристик тестовых КНИ КМОП интегральных схем при высоких температурах (до 300°С) и дозах ионизирующего излучения (до 50 Мрад) открывают перспективы создания СБИС на КНИ структурах, которые соответствуют классу "стратегически радиационно-стойких ИС" по классификации, принятой в США.

Технико-экономические преимущества

Вся технология основана на отечественной технологической базе, а также приборах и структурах КНИ, разработанных в ИФП СО РАН. Аналогов в России нет. Схемы адаптированы не только к 0,1, но и к 1-2 мкм технологиям, доступным на большинстве предприятий микроэлектроники в России.

Области применения

Интегральные схемы на КНИ пригодны для использования в экстремальных условиях ядерной физики, геофизики и ядерных производств, атомной энергетике, авиационно-космических телекоммуникационных устройствах и транспортных системах, характеризующихся повышенными тепловыми нагрузками, в системах автоматизации и контроля высокотемпературных производственных процессов, параметров двигателей внутреннего сгорания и силовых электроприводов.

Технология изготовления КНИ методом DeleCut защищена 4 российскими патентами и заявкой PCT, конструкции КНИ КМОП транзисторов основаны на ряде "ноу-хау" изобретений, заявки на которые пока не подавались

Год разработки - 2005

Свернуть

КНИ-нанотранзистор

Лаборатория физических основ материаловедения кремния

повышенное быстродействие ( ~10¹² Гц)
понижение мощности потребления
иммунитет к сбоям памяти при радиационных воздействиях ( ~ 10⁷ рад)
расширение температурного диапазона (до 300-350^оС)
новые функциональные возможности

увеличить рисунок

Затворные характеристики КНИ КМОП транзисторов в диапазоне 25 - 250^оС.
Работоспособность тестовых КНИ КМОП ИС сохраняется при температурах 250-300°С.
Пороги транзисторов уменьшаются на 0,5 В.

увеличить рисунок

Сток-затворные характеристики p-канальных транзисторов.
Транзистор закрыт при положительном смещении на подложке.

Пленка кремния легирована однородноснимается проблема смыкания обедненных областей стока-истока стандартных МОП-транзисторов.

увеличить рисунок

Сток-затворные характеристики при различном напряжении на подложке.
Металлический затвор охватывает каждый канал с 3-х сторон.
Пленка кремния легирована однородно.

Свернуть

Ультра-малый электронный интерферометр

Лаборатория нанодиагностики и нанолитографии

Разработана принципиально новая технология наноструктурирования полупроводниковых систем, основанная на глубоком локальном анодном окислении поверхностей титана, арсенида галлия и кремния проводящим зондом атомно-силового микроскопа при приложении дополнительного потенциала. Данная технология позволила освоить принципиально новый масштаб размеров в изготовлении наноструктур (10 - 100 нм). Создан квантовый интерферометр с эффективным радиусом 90 нм. Столь малые размеры дали возможность повысить рабочую температуру интерферометра почти на порядок (до 15 К).

Топографическое (а) и фазовое (b) изображения поверхности гетероструктуры AlGaAs/GaAs с участком локально окисленным зондом атомно-силового микроскопа (квантовый интерферометр) (с) - профиль рельефа вдоль красного отрезка АB. (d) - Осцилляции Ааронова-Бома интерферометра. Период осцилляций В = 0.16 Т соответствует эффективному радиусу r = 90 нм.

Область применения:

нанотехнология;
магнитные сенсоры.

Адрес:
Институт физики полупроводников просп. академика Лаврентьева, 13, 630090, Новосибирск, РФ
Тел. +7(383)333-10-80,
Факс: +7(383)333-27-71,
E-mail:

Год разработки - 2003

Свернуть

Квантовая криптография

Лаборатория нелинейных резонансных процессов и лазерной диагностики

Цель:	Передача информации от передатчика (Алиса) к приемнику (Боб) по оптической линии связи с абсолютной секретностью.
Проблемы:	1.Классическая линия передачи с большим числом фотонов не защищена от подслушивания. 2.Классическая криптография основана на отсутствии быстрого алгоритма факторизации больших чисел.
Метод:	Носитель информации - одиночный поляризованный фотон.
Основание:	Законы квантовой механики - всякое измерение изменяет квантовое состояние фотона. Подслушивание шпионом (Ева) связано с измерением и последующим воспроизведением (клонированием) состояния фотона. Однако точное клонирование фотона невозможно!

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ КВАНТОВОЙ КРИПТОГРАФИИ ИФП СО РАН
Полупроводниковые лазеры	ИППН-210 (ПО "Север")
Длина волны	830 нм
Длительность импульсов	10 нс
Частота следования	100 кГц
Si лавинные фотодиоды	C30902S (EG&G, Canada)
Вероятность детектирования	> 50%
Длительность выходных импульсов 10 нс
Частота темновых импульсов	1-3 кГц
Квантовый канал - открытый промежуток длиной 1 м
Скорость генерации ключа	1 кбит/сек при m=0.1 1.8 кбит/сек при m=0.2
Количество ошибок в ключе	1%

Число лазерных импульсов	Среднее число фотонов в импульсе	Число зарегистри- рованных фотонов	Число двойных срабаты- ваний	Длина полученного ключа	Процент ошибок в ключе
10⁶	0,1	33313	114 (0,4%)	10726	104 (0,97%)
10⁶	0,2	56726	368 (0,6%)	18306	174 (0,95%)
10⁶ Ева подслу- шивает!	0,2	1999	9 (0,5%)	458	38,1%

Зашифрованная фраза:
Привет участникам третьего семинара,
посвященного памяти Д.Н. Клышко!

Дешифрованная фраза:
Привет участWикам третьего семи8ара,
поGвяще(ного памяти Д.Н. Клышко!

Адрес:

Институт физики полупроводников. г. Новосибирск, 90, пр. Лаврентьева, 13
Тел. +7(383)333-24-08,
E-mail:

Свернуть

Гетероструктуры кремний-на-сапфире с ультратонкими и тонкими слоями кремния

Лаборатория физических основ материаловедения кремния

Характеристики:

диаметр сапфировой подложки	100 - 200 мм;
плотность дефектов в слое Si	до 1 см^-2;
толщина слоя Si	0.01 - 2.0 мкм;
механические напряжения в слое Si	до -0.4 %;
подвижность электронов в слое Si	500-700 см²В^-1с^-1;
подвижность дырок в слое Si	200-250см²В^-1с^-1;
плотность состояний на границе	до 10¹¹ см^-2.

а) - ПЭМ микроизображение поперечного сечения КНС структуры (SOS2) с 0.25 мкм слоем Si на 0.4 мкм слое SiO₂ на с-поверхности сапфира. На вставке: картина микродифракции из двух дифракционных картин от слоя Si и несущей пластины сапфира (рефлексы отмечены черными кружками); б) - спектры комбинационного рассеяния кремния от исходной пластины, перенесенного 0.5 мкм слоя Si (SOS1) на с-поверхность сапфира и 0.25 мкм слоя оSi с 0.4 мкм слоем SiO₂ (SOS2) в КНС пластинах после отжига при 1000 С. На вставке: перенос 0.5 мкм слоя кремния на 100 мм пластину сапфира (сверху) сколом со 100 мм пластины кремния (внизу), имплантированной водородом перед бондингом.

Технико – экономические преимущества

Главное преимущество – возможность формирования транзисторов с полным обеднением в слое Si толщиной до 100 нм, что обеспечивает рабочие частоты до 100 ГГц и минимальные токи утечек транзисторов интегральных схем.

Область применения

СВЧ микроэлектроника, цифровое радио, радиационно-стойкая элементная база.

Уровень практической реализации

Изготовление пилотных партий КНС пластин диаметром 100 и 150 мм, а также 200 мм после дооснащения линейки имплантером и печью для поставок в ПАО «Ангстрем», ПАО «Микрон», ОАО «НЗПП и ОКБ», ОАО «Сапфир», ОАО «Пульсар» и др.

Свернуть

Получение p-n переходов с заданной глубиной залегания в эпитаксиальных слоях InP методом локального легирования при диффузии цинка

Лаборатория физических основ эпитаксии полупроводниковых гетероструктур

Разработана технология локального легирования цинком эпитаксиальных слоев InP, позволяющая формировать p-n переходы с заданной глубиной залегания. В основе технологии лежит метод диффузионного легирования с использованием планарного источника Zn, в качестве которого используется тонкая (~ 100 нм) пленка Zn₃P₂, выращенная методом МЛЭ на подложках кремния. Данный метод позволяет проводить легирование Zn как целиком по всей площади поверхности InP, так и локально через окна, сформированные методом литографии в слое диэлектрика. Легирование осуществляется при нагреве пластин в атмосфере аргона.

Изображение полученное методом сканирующей электронной микроскопии поперечного скола структуры InP/InGaAs/InP после диффузии Zn через окна.

На рисунке приведено изображение полученное методом сканирующей электронной микроскопии скола образца InP/InGaAs/InP после диффузии в окнах.

Технико – экономические преимущества

Отклонение по глубине залегания фронта легирования по площади образца составляет ±0,1 мкм. Высокая воспроизводимость глубины залегания фронта и профиля легирования от процесса к процессу. Не требуется изолировать объект диффузии, достаточно проводить процесс в потоке инертного газа.

Область применения

Технология может быть использована при создании дискретных и матричных фотоприемных устройств на основе гетеропары InGaAs/InP и других материалов A^IIIB^V.

Уровень практической реализации

Лабораторная технология, опытная установка. Технология может быть внедрена на предприятиях по производству оптоэлектронных приборов.

Свернуть