Десять лет упорной работы для достижения массового производства 2-дюймовых монокристаллических алмазных электронных устройств
Автор: Чжан Синъюн, Янь Тао
Как представитель третьего поколения полупроводниковых материалов, алмазные полупроводники также известны как конечные полупроводники.
"Алмазные полупроводники обладают такими свойствами материала, как сверхширокая запрещенная зона (5,45 эВ), высокая напряженность поля пробоя (10 МВ/см), высокая скорость дрейфа насыщения носителей, высокая теплопроводность (22 Вт/смК) и превосходный коэффициент качества устройства". Профессор Ван Хунсин из Сианьского университета Цзяотун представил: «По этой причине использование алмазных подложек может быть использовано для разработки высокотемпературных, высокочастотных, высокомощных и радиационно-стойких электронных устройств, преодоления технических узких мест «эффекта саморазогрева» и «лавинного пробоя» устройства, а также играть важную роль в разработке коммуникаций 5G/6G, микроволн/миллиметровых волн интегральных схем, обнаружения и зондирования и т. д.»
Однако разработка алмазных электронных устройств во всем мире ограничена проблемой крупногабаритных высококачественных монокристаллических подложек.
«Коммерциализация подложек, таких как кремний и сапфир, обеспечивает предпосылку для гетероэпитаксиального монокристаллического алмаза». сказал Ван Хунсин.
Недавно команда профессора Ван Хунсина из Сианьского университета Цзяотун успешно осуществила массовое производство 2-дюймовых гетероэпитаксиальных монокристаллических алмазных самоподдерживающихся подложек с использованием независимой технологии исследований и разработок.
10 лет назад исследования и разработки моей страны в этой области были практически пустыми. В 2013 году Ван Хунсин, специально назначенный эксперт национального уровня, представленный Университетом Сиань Цзяотун, основал Центр исследований широкозонных полупроводниковых материалов и устройств при Университете Сиань Цзяотун и возглавил группу научных исследователей для решения ключевых проблем. После 10 лет целенаправленных исследований и разработок был сформирован ряд технологий с независимыми правами интеллектуальной собственности, включая исследования и разработки эпитаксиального оборудования для алмазных полупроводников, выращивание монокристаллических/поликристаллических подложек и разработку электронных устройств, а также было выдано 48 патентов на изобретения.
«Оборудование для производства крупногабаритных монокристаллических алмазов и высококачественная технология подготовки монокристаллических алмазных подложек являются ключевыми технологиями, которые нам необходимо преодолеть, чтобы прорвать иностранную блокаду», — сказал Ван Хунсин.
В то время как Ван Хунсин руководил группой по исследованию и разработке ключевых проблем в лаборатории, он также осуществлял широкое сотрудничество с соответствующими крупными отечественными коммуникационными компаниями и соответствующими научно-исследовательскими институтами China Electronics Technology Group в области исследований, разработок и применения алмазных полупроводниковых материалов и устройств, что способствовало практическому развитию алмазных ВЧ-устройств силовой электроники, силовых электронных устройств, MEMS и других устройств.
Группа использовала технологию химического осаждения из паровой фазы в микроволновой плазме (MPCVD) для успешного достижения серийного производства 2-дюймовых гетероэпитаксиальных монокристаллических алмазных самоподдерживающихся подложек и эффективно контролировала однородность пленки, температурное поле и поле потока для улучшения выхода гетероэпитаксиальных монокристаллических алмазов. Поверхность подложки имеет режим роста с пошаговым потоком, что позволяет снизить плотность дефектов подложки и улучшить качество кристаллов. Ширина полупика кривых качания XRD (004) и (311) составляет менее 91 и 111 угловых секунд соответственно. Все показатели превзошли лучшие зарубежные уровни и достигли лидирующего мирового уровня.
Известно, что монокристаллические алмазные устройства, произведенные этой группой, широко используются в моей стране в системах связи 5G, а также в высокочастотных и мощных устройствах обнаружения.
