Карбид кремния - наноразмерный алмазоподобный широкозонный полупроводниковый материал и приборы на его основе Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 666.792.3

A. В. Афанасьев, канд. техн. наук,

B. А. Ильин, канд. физ.-мат. наук,

A. О. Лебедев, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.,

B. В. Лучинин, д-р. техн. наук,

Ю. М. Таиров, д-р техн. наук, профессор,

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Карбид кремния — наноразмерный алмазоподобный широкозонный полупроводниковый материал и приборы на его основе

Ключевые слова: карбид кремния (SiC), широкозонные полупроводники, алмазоподобные материалы, политипы SiC, технология карбида кремния, метод «ЛЭТИ», полупроводниковые приборы, силовая электроника, SiC диоды Шоттки, ультрафиолетовая (УФ) оптоэлектроника, SiC УФ-фотоприемники.

Key words: silicon carbide (SiC), wide band-gap semiconductors, diamond-like materials, SiC polytypes, silicon carbide technology, method «LETI», semiconductor devices, power electronics, Schottky diodes, ultraviolet optoelectronics, SiC UV-photodetectors.

Рассмотрены особенности кристаллической структуры политипных модификаций монокристаллического карбида кремния, позволяющие характеризовать его как наноразмерный алмазоподобный полупроводниковый материал с естественной сверхрешеточной структурой. Приведены сведения об эволюции технологии выращивания объемных кристаллов вЮ. Описаны принципы разработанной в СПбГЭТУ (ЛЭТИ) технологии получения монокристаллов карбида кремния, являющиеся в настоящее время основополагающими в мировом промышленном производстве. Кратко рассмотрены приборные приложения карбида кремния в области силовой электроники и УФ-оптоэлектроники.

В целях обеспечения технологической независимости и конкурентоспособности государства по критическим технологиям развития материалов для электронной компонентной базы нового поколения с режимами и условиями эксплуатации, ранее недостижимыми, разработана технология выращивания объемных слитков широкозонного алмазоподобного полупроводникового материала карбида кремния с различной управляемой нанослоевой структурой и наноразмерно-зависимыми от нее физическими и химическими свойствами.

1. Карбид кремния — наноструктурно-зависимое семейство материалов

В терминологии, принятой в первом разделе научного нанорубрикатора (Н), «объекты, относящи-

еся к сфере технологий» государственной корпорации «Роснано», карбид кремния может быть отнесен к наноматериалам «макроскопические свойства которых определяются размерами и/или взаимным расположением элементов» [1].

Карбид кремния относится к материалам, свойства которого зависят от порядка чередования нано-размерых элементов (слоев), и представляет собой слоистый материал с характерными размерами фрагментов порядка постоянной решетки, т. е. его кристаллическая структура представляет собой слоистую сверхструктуру, построенную из элементарных слоев трех типов: А, В и С (рис. 1), отличающихся друг от друга кристаллической упаковкой в пределах одного слоя. Период повторения последовательности слоев может варьироваться от десятков ангстрем до десятка нанометров, что обеспечивает формирование слоистых сверхрешеток, макроскопические свойства которых зависят от взаимного расположения слоев и периода их повторения (трансляции).

В результате при искусственном синтезе формируется ряд индивидуальных слоистых структурных модификаций, называемых политипами (ЗС, 2Н 4Н, 6Н, 21Б,), которые отличаются электрофизическими (ширина запрещенной зоны, подвижность носителей заряда), оптическими (коэффициенты поглощения, преломления) и химическими (скорость окисления, диффузия примесей) свойствами (рис. 2).

Карбид кремния в рамках единой химической формулы (вЮ) интегрирует семейство материалов, являясь наноструктурированным слоистым полупроводником, макроскопические свойства которого зависят от взаимного расположения слоев, т. е. последовательности их чередования и периода повторения (трансляции) [2].

Микро- и нанотехнологии в новом технологическом укладе

а)

ЗС

8Н 21В 6Н15В, 4Н

2Н

б)

6Н

8Н

С

с В

в А

Л С

в с 1и А В

А С

В ' к Л

А в А

10Н

Рис. 1 Структурное упорядочение семейства естественных сверхрешеток ЯЮ: а) — виды упаковок А, В, С — в пределах слоя; б — элементарные ячейки основных слоистых модификаций

Разработанные процессы целенаправленного синтеза определенных слоистых композиций на основе кремния и углерода позволяют получать наноупо-рядоченный материал — карбид кремния с заданной последовательностью чередования слоев и периодом их повторения, что обеспечивает создание материала с заданными функциональными свойствами (например, высокой подвижностью носителей заряда, имеющей место у политипа 4Н), пригодного для решения определенного типа задач при изготовлении электронной компонентной базы различного функционального назначения.

В основе разработанных процессов лежит критерий управления протяженностью слоевой структуры йЮ в зависимости от условий синтеза [3], основой которого является кинетическая зависимость неравновесных процессов упорядочения от скорости поступления вещества на поверхность роста, температуры и методов подготовки поверхности подложки — затравки, а также от основного и примесного состава ростовой среды. Данный критерий позволил определить условия управляемого получения промышленно значимых структурных модификаций йЮ и целенаправленно получить их синтетические композиции как слоевые, так и латеральные, т. е. в плоскости подложки — затравки (рис. 3).

На основе йЮ также возможно формирование объектов, представляющих собой гетероструктуры, в виде сочетания различных структурных модификаций йЮ: кубических и гексагональных 3С—2Н, 3С—6Н, а также гетероструктурных нанокомпози-

б)

л,

АЭ, эВ З,2 2,8 2,4

шах, мкм

0,58 0,56

г чггг

в) х.,

р—П

0,54 6Н

У ь

р—п 'Н

г)

1,2

1,0 0,8 0,6 А, мкм

0,10

0,09

0,08

0

Оо

**

50

г, %

Рис. 2 Экспериментально установленное влияние изменения метрической протяженности периода повторения нанослоевых композиций ЯЮ на свойства материала. Показано изменение: а — ширины запрещенной зоны; б — положение спектрального максимума люминесценции ЯЮ, легированного бором; в — глубины залегания р—п-перехода; г — толщины слоя термического окисла на грани (0001) карбида кремния

ций карбида кремния с другими идеально кристал-лохимическими и термомеханическими сочетающимися материалами: нитридом алюминия и нитридом галлия [4], а также кремнием.

Следует также отметить, что последние исследования указывают на возможность стимулирован-

ЯЮ

1 мм

Рис. З

Управляемый рост определенных слоистых структур ЯЮ по заданной технологии. Люминесцентные топограммы латерально упорядоченных в слое структурных модификаций 4Н и 6Н

ного подложного матричного устойчивого псевдо-морфного синтеза других структурных модификаций нитридов алюминия и галлия, для которых обычно характерна структура вюрцита, т. е. структура политипа 2Н, что значительно расширяет функциональные возможности материалов и их композиций.

2. Карбид кремния — алмазоподобный широкозонный полупроводник

Среди семейства широкозонных материалов и кремния (рис. 4) карбид кремния выделяет высокая температура Дебая, характеризующая такой параметр материала, как устойчивость к внешним воздействиям. Чрезвычайно ценным качеством йЮ является его высокая теплопроводность, уступающая лишь алмазу, но в несколько раз превосходящая аналогичный параметр у меди.

Данные особенности материалов не могли остаться не замеченными исследователями и разработчиками приборов. В области силовой, в том числе быстродействующей, электроники наибольший интерес представляют эпитаксиальные структуры на основе карбида кремния. В СВЧ-электронике повышенной мощности доминируют композиции ОаК/АШ/йЮ. В оптоэлектронике особый интерес представляют структуры ОаАШ/йЮ, обеспечивающие излучение, в том числе в ультрафиолетовой области спектра. Для микросистемной техники важны такие свойства йЮ, как твердость и теплопроводность и наличие пьезоэффекта у кристаллохимически совместимого с йЮ нитрида алюминия.

Критическая напряженность поля, МВ/см

Пьезомудуль, 10-12Кл/Н 553

Ширина запрещенной зоны, эВ

Модуль Юнга, 10пН/м2 40

Температура Дебая, К

Параметр решетки, мм

22 X X X X X

950

1430

Темплопроводность, Вт/(см ■ К)

4,87

Температурный коэффициент линейного расширения, 10е 1/К

Рис. 4

Основные параметры широкозонных полупроводников и кремния в сравнении с карбидом кремния

Во многом конечный успех реализации указанной электронной компонентной базы (ЭКБ) определяется эффективным решением проблемы подложки, к которой могут предъявляться различные требования, но главным среди них остается стоимость.

Выделим ряд технических требований, предъявляемых к подложкам йЮ и определяющих эффективность создания на их основе широкой номенклатуры ЭКБ:

диаметр — 50,8 ... 101,6 мм; толщина — 350 ± 50 мкм;

структурная политипная однородность — 4Н или 6Н;

удельное сопротивление — 10~3...1012 Ом • см; тип проводимости — п (азот) р (алюминий, бор); плотность дислокаций — до 103 см~2; плотность микропор — до 5 см~2. Дополнительные требования к подложке могут выдвигаться в отношении качества ее предэпитак-сиальной подготовки, с учетом реализации процессов эпитаксии йЮ или соединений Ме11Щ, которые осуществляются, как правило, методом СУБ, т. е. осаждением из газовой фазы, или МВЕ, т. е. молекулярной эпитаксией в глубоком вакууме. В настоящее время при выполнении определенной совокупности вышеуказанных требований стоимость 1 кв. дюйма подложки йЮ в среднем составляет 100 долларов США.

3. Отечественная технология выращивания монокристаллического SiC — метод ЛЭТИ

Главными проблемами при получении кристаллов йЮ являются отсутствие у него жидкой фазы при реально технически достижимых давлениях, а также высокие температуры синтеза.

Наиболее распространенным методом выращивания полупроводниковых монокристаллов карбида кремния является метод сублимации, т. е. испарения и конденсации. Этот метод применяется как для получения абразивного материала, так и для выращивания монокристаллов, предназначенных для полупроводниковой электроники. Идея метода довольно проста и основана на переносе материала от горячего источника (шихты) к затравке, имеющей более низкую температуру. В качестве источника используется шихта, представляющая собой измельченный карби-докремниевый порошок. Температуры сублимационного роста находятся в диапазоне 1800-2600 °С.

Комплексные исследования массопереноса, термодинамики процессов в газовой фазе, кинетики кристаллизации и структурообразования политипов [3, 4, 6] при выращивании карбида кремния обеспечили более глубокое понимание особенностей сублимационного роста йЮ и сформировали основу для нового подхода к синтезу монокристаллических слитков данного бинарного соединения.

14

Микро- и нанотехнологии в новом технологическом укладе

Кристаллы больших размеров

Затравки на держателе

Структурно совершенные кристаллы

Кристаллы различных политипов

о

Затравки на

диафрагме

Чистые и легированные кристаллы

Твердые растворы на основе БЮ

тЧ

Метод Лели (1955)

Метод Ачесона (1893)

Сэндвич-метод (1979)

а бр

о

м

е у

ир

л

о тр

н о к е

¡3

Рис. 5 | Эволюция сублимационных методов получения кристаллов карбида кремния

Впервые резулвтаты по выращиванию объемных монокристаллов-слитков 8Ю были опубликованы сотрудниками Ленинградского электротехнического института (ЛЭТИ, ныне СПбГЭТУ) Ю. М. Таировым и В. Ф. Цветковым в 1976 г. на 1-й Европейской конференции по выращиванию кристаллов из газовой фазы (Цюрих, Швейцария). Первая полномасштабная публикация по новому методу роста 8Ю, получившему название «метод ЛЭТИ», появиласв в 1978 г. [7]. В основу метода были положены: классическая схема конденсации пересыщенного пара на монокристалл-затравку (для управления зароды-шеобразованием); ограничение на началвном этапе кристаллизации скорости роста за счет реализации данной стадии в атмосфере инертного газа (для подавления спонтанного зарождения и образования поликристалла); откачка инертного газа из камеры вплотв до вакуума (для постепенного увеличения скорости роста до несколвких миллиметров в час). В качестве затравок исполвзовалисв монокристаллы Лели, а в качестве источника — поликристаллический карбид кремния, предварителвно синтезируемый из кремния и углерода полупроводниковой чистоты.

Рис. 6

Монокристаллы БЮ диаметром 75 мм, выращенные методом ЛЭТИ: а — слитки БЮ (вид сверху и сбоку); б — подложки БЮ

Рис. 7

Экспериментальный образец слитка ЯЮ диаметром более 100 мм (вид сверху)

Понимание основных закономерностей сублимационного роста привело к разработке конструкции и методики выращивания объемных монокристаллов вЮ больших размеров. Эволюцию методов получения кристаллов карбида кремния иллюстрирует рис. 5.

В настоящее время в СПбГЭТУ коммерчески доступными являются монокристаллы вЮ диаметром 75 мм (рис. 6), а в разработке находятся слитки диаметром 100 мм (рис. 7). Такие размеры позволяют применять базовые процессы планарной технологии и создавать на основе кристаллов-подложек вЮ различные типы приборов силовой электроники, высокочастотной электроники, оптоэлектрони-ки и микросистемной техники.

4. Приборы на основе монокристаллического SiC

4.1. Диоды для силовой электроники

В настоящее время исследования в области создания высокоэффективных источников питания для накачки мощных лазеров и рентгеновского оборудования, а также силовых преобразовательных устройств для аппаратуры медико-биологического назначения ведутся с использованием новой компонентной базы силовой электроники. При этом наблюдается устойчивая тенденция замещения кремниевых дискретных силовых компонентов (главным образом диодов) на карбидокремниевые [8].

Сегодня на основе карбида кремния выпускаются диоды Шоттки, обладающие рядом преимуществ по сравнению с кремниевыми аналогами:

1) более высокое напряжение пробоя (существуют промышленные диоды с максимальным обратным напряжением 1200 В [9]);

2) высокая температура функционирования — свыше 200 °С — кристалл; 175 °С — корпус;

3) малое (10_9.10~8 с) время восстановления обратного сопротивления при переключениях (рис. 8);

4) скорость нарастания тока di/dt (в отличие от кремниевых PiN-диодов) не зависит от прямого тока и температуры (рис. 8).

Нами разработаны экспериментальные образцы диодов с барьером Шоттки на подложках монокристаллического 4Н—SiC, полученного в СПбГЭТУ. В целях изготовления образцов диодов Шоттки для приборов силовой электроники были использованы эпитаксиальные структуры п—п+ на основе карбида кремния политипной модификации 4Н. Выбор данного материала обусловлен большей шириной запрещенной зоны этого политипа (3,25 эВ) по сравнению с 6Н—SiC (3 эВ) и, как следствие, большими напряжениями пробоя. Толщина эпитаксиаль-ного n-слоя, выращенного методом CVD-эпитаксии, составляла 10.12 мкм с концентрацией неском-пенсированных доноров (3.5)1015 см"3. Материалом выпрямляющего электрода был никель. Толщина никелевой пленки составляла 0,1 мкм. Разрез структуры образца диода Шоттки с расширенной металлизацией приведен на рис. 9.

Полученные образцы характеризовались следующими параметрами:

высота барьера Шоттки — 1,43 эВ; коэффициент идеальности ВАХ в области малых токов — 1,12.1,14;

прямой ток при U = 1,7 В — 50.100 мА; напряжение пробоя — 700.850 В; обратный ток при U = 500 В — не более 10 нА; площадь контакта Шоттки — 0,07 мм2. Типичная вольт-амперная характеристика приведена на рис. 10. Измерения проводились на пластине (рис. 9). По обратным характеристикам для такой геометрии электродов полученные образцы не уступают мировым аналогам.

10 8 6 4

*2

« 0 о

^ -2 -4 -6

-10

i

Л i

SiC 10 А/600 В SBD Tj - 25,50,100,150 °C

\

/ / p 1

600 V, 10 А Tj - 25 °C Tj - 50 °C T -100 °C SiFRED L } f / / 1

1 \ }

Tj -1 50 °C Л s / f

-1,0

0,5

0 0,5

Время, х 10-7, с

1,0

1,5

2,0

Рис. 8

Характеристики обратного восстановления диода Шоттки на основе SiC (Cree, 10 А, 600 В) и кремниевого диода с быстрым восстановлением (10 А, 600 В) при разных температурах [9]

■ ■ ■ а

■ ■ ■ ■

■ ■ ■ ■

■ ■ ■ ■

■ ■ ■ ■

■ ■ ■ ■

500 мкм

300 мкм

Al (0,8 мкм) /

N+-SÍC

Al (0,8 мкм)

Ni (0,15 мкм)

Si02 (0,5 мкм)

Ni (0,1 мкм)

Рис. 9 | Разрез структуры образца диода Шоттки и фрагмент пластины с диодами

Горизонталь - 200 В/дел. Вертикаль - 200 мкА/дел.

Рис. 10

Вольт-амперная характеристика диода с барьером Шоттки

Очевидно, что для обеспечения высоких значений прямых токов в диодных структурах необходимо увеличение активной площади прибора. При этом следует учитывать как периферийные, так и объемные утечки в диодной структуре, возникающие при больших обратных смешениях в условиях повышенных температур. Поэтому конструкция силового диода на основе карбида кремния представляет собой интегрированную структуру «контакт Шоттки — р—^-переход» (Junction Barrier Schottky, JBS), в которой прямую ветвь ВАХ обеспечивает контакт Шоттки, а обратную — наличие р—^-переходов. На основе JBS-структур выполнены все коммерческие диоды фирмы Cree, рассчитанные на обратные напряжения свыше 600 В (рис. 11). В настоящее время в СПбГЭТУ совместно с ФТИ им. А. Ф. Иоффе ведутся разработки по созданию высоковольтного JBS-диода на напряжение свыше 2400 В. Основной особенностью разрабатываемых структур является применение «борной»р-охранной системы, в отличие от «алюминиевой», используемой компанией Cree. Предварительные результаты показали, что при наличии высококачественного подложечного материала возможно изготовление высоковольтных JBS-диодов на напряжения более 3 кВ [10].

Рис. 11 Фрагмент структуры силового JBS-диода: а — морфология поверхности (без металлизации и диэлектрических покрытии); б — разрез активной и периферийной частей диода

4.2. Фотоприемники ультрафиолетового диапазона

Благодаря высокому практическому интересу к оптоэлектронным приборам улвтрафиолетового диапазона, который проявлялся на протяжении многих десятилетий, к началу двадцатв первого века сформировалосв направление «улвтрафиолетовая фотоэлектроника» [11]. Причиной этому послужила острая необходимоств в приборах данного класса для решения ряда прикладных задач в таких областях, как медицина, экология, астрономия, военные и аэрокосмические приложения.

Очевидно, что фотоприемные устройства для УФ-области спектра должны обладать малыми тем-новыми токами, высокими чувствительностью и быстродействием, а также стабильностью эксплуатационных параметров. Спектральная чувствительность таких фотодетекторов определяется многими факторами, главный их которых — ширина запрещенной зоны используемого полупроводника [12]. С этой точки зрения наиболее перспективны материалы с шириной запрещенной зоны более 3 эВ. В настоящее время базовыми материалами УФ-фотометрии являются карбид кремния, нитриды галлия, алюминия и их твердые растворы. На их основе разработаны и доступны на рынке изделий оптоэлектроники фотоприемники, работающие в диапазоне длин волн 180.400 нм. Несмотря на то что на данный момент приоритетными материалами ультрафиолетовой фотоэлектроники являются GaN, AIN—GaN, карбид кремния занимает свою устойчивую нишу в следующих областях:

• высокотемпературная УФ-фотоэлектроника;

• контроль излучения мощных УФ-эксимерных лазеров, УФ-ламп и других источников (известно, что фотодетекторы на основе SiC и алмаза наиболее стабильны к длительной засветке УФ-излуче-нием);

• регистрация бактерицидного УФ-излучения [11];

• контроль возгорания, детекторы пламени, датчики электрической искры.

К наиболее часто используемым типам УФ-фотоприемников относятся фотодиоды с мелким р—га-переходом, гетерофотодиоды с широкозонным

окном, а также поверхностно-барьерные структуры: диоды Шоттки, МДП-структуры с туннельно-про-зрачным диэлектриком. Фотодиоды с барьером Шоттки обладают рядом преимуществ по сравнению с фотодиодами, у которых потенциальный барьер, разделяющий носители заряда, находится в объеме полупроводника. Повышенная УФ-чувствительность связана с тем, что возбуждаемые коротковолновым излучением носители заряда разделяются электрическим полем у самой поверхности, т. е. непосредственно в области поглощения квантов высоких энергий. Также в отличие от биполярных фотоприемников фотодиоды с барьером Шоттки характеризуются высоким быстродействием. С учетом этого фотоприемные структуры на основе монокристаллического йЮ были выполнены в виде диодов с барьером Шоттки и МДП-структур с туннельно-прозрачным диоксидом кремния (рис. 12, а, б). В целях повышения эффективности фотопреобразования был реализован вариант фотодетектора с сетчатым полупрозрачным золотым электродом толщиной 15 нм (рис. 12, в). Оба типа фотоприемных структур изготавливались на эпитаксиальных п—га+-структурах. Уровень легирования га-слоев составлял 1016.3 • 1016 см~3.

Фотоприемники с барьером Шоттки характеризовались выстой потенциального барьера 1,63.1,65 эВ. Обратные темновые токи при напряжении 1 В не превышали значения 10 12 А. Для МДП-структур при приложении напряжения, соответствующего режиму обеднения (при и < 10 В), ток утечки не превышал 10~13 А. Измерения спектральных характеристик диодов с барьером Шоттки проводились

JMljyUUUUUL ijllUUULlUUUll

luuuuu а в u .IUUUUUIIUUU

lUHUUUUUULt • 1 U il U U U 11 U U

J U U JJ U U U U i » 4

' i и u u u u u m U ч

VI U U u u U U U U li

VMiiii L4 ! H 4 » 4 i t 1

Рис. 12 Карбидокремниевые фотоприемные структуры на основе диода Шоттки (а), МДП-структуры (б) с сетчатым электродом (в)

Микро- и нанотехнологии в новом технологическом укладе

V \

\ \

\ ч

\ N ч

N Ч

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

А .

200

400

600

800

1000 А, мм

Рис. 13

Спектральная характеристика фотоприемников на основе карбидокремниевых диода Шоттки и МДП-структур

в режиме короткого замыкания, а для МДП фотоприемных структур — при напряжении смещения 5 В, посколвку в режиме короткого замыкания протекание фототока зарегистрировано не было. Полученные образцы обладали фоточувствителвноствю в диапазоне 200...420 нм (рис. 13). При этом было установлено, что при УФ-засветке (длина волны 254 нм) фототок насыщения в МДП-структурах в 2.5 раз превышал фототок диодов Шоттки. Последнее свидетелвствует о возможности повышения эффективности фотопреобразования за счет фототранзисторного эффекта [13].

Применение наноструктурированных полупроводниковых материалов для изготовления сенсоров оптического излучения является весвма перспективным направлением развития сенсорных фоточувст-вителвных микросистем. К настоящему времени ведущими научными центрами продемонстрированы

образцы высокочувствителвных фотодетекторов видимого и ближнего инфракрасных диапазонов на основе пористого кремния, сформированного путем электрохимической обработки, и нанослоевых гете-рокомпозиций на основе соединений АШВУ, полученных методом молекулярно-пучковой эпитаксии, которые по своим характеристикам существенно превосходят аналоги, выполненные на монокристаллических полупроводниках.

Пористый карбид кремния (ПКК), как и пористый кремний (ПК) привлекателен в микроэлектронике для создания оптоэлектронных приборов, таких как эффективные фотоприемники улвтрафиоле-тового диапазона [14], светоизлучающие диоды и лазеры на основе гетерокомпозиций «карбид кремния — нитрид алюминия». Интенсивноств фото- и электролюминесценции на ПКК в десятки раз выше по сравнению с объемным материалом в том же спек-тралвном диапазоне. Данное обстоятелвство свидетелвствует о незначителвной трансформации зонной структуры кристаллитов ПКК. Проводя аналогию с фотоприемниками на основе ПК [15], можно пред-положитв, что применение пористого карбида кремния повысит эффективноств фотопреобразования.

Для формирования композиции ПКК—карбид кремния на монокристаллических подложках п—14Н—БЮ, изготовленных в СПбГЭТУ, с про-тяженноствю пористого слоя 1,5.2 мкм была ис-полвзована технология, описанная в [16]. Были изготовлены планарные фотоприемные структуры (рис. 14, а) «металл—полупроводник—металл» (МПМ), представляющие собой встречно включенные диоды Шоттки, где в качестве электродов ис-полвзовался алюминий. Следует отметитв, что межэлектродное расстояние превышало диффузионную длину X носителей заряда в исходном карбиде кремния (при концентрации нескомпенсированных доноров 10 ^ см~3 величина X менее 1 мкм). Поэтому фоточувствителвноств образцов на основе монокристаллического карбида кремния отсутствовала (рис.

а)

нимяшмми

■■■ММ^ММИМИЯМЯИ

^^^^"^чввмитпявмммйшпмшм

б) 1254/1,

102

МПМ (ПКК)

V

101

МПМ (БС) ■4-1-•-

10-1

8 и, В

Рис. 14 Фрагмент МПМ-фотоприемника (а); отношение тока при УФ-засветке (длина волны 254 нм) к темно-вому току для МПМ-структур на основе Б1С и ПКК (б)

14, б). В то же время фотоприемные структуры на основе нанопористого йЮ обладали чувствительностью к ультрафиолетовому излучению. Так, при напряжении смещения 5 В отношение тока при УФ-засветке на длине волны 254 нм к темновому току составляло 103 (рис. 14, б). Снижение соотношения ^254/^т при напряжениях, больших 5 В, вероятно, связано с ростом поверхностных токов утечки в пла-нарной структуре.

Заключение

Освоение промышленного производства широкозонного алмазоподобного материала с наноразмер-но зависимыми функциональными свойствами и, как следствие, карбидокремниевых подложек и эпи-таксиальных структур, а также разработка конструктивно-технологических решений для реализации электронной компонентной базы силовой электроники, оптоэлектроники и микросистемной техники на основе композиций GaN, AIN, SiC позволят перейти к серийному отечественному производству технически востребованной и коммерчески эффективной электронной компонентной базы нового поколения:

• приборов силовой электроники для эксплуатации в системах с повышенными значениями напряжений (более 6 кВ) и плотностей тока (до 5 • 103 А/см2);

• приборов высокочастотной электроники для эксплуатации в системах с повышенными значениями показателя «мощность-частота» (до 104 Вт за 10-11 с);

• датчиков основных функциональных величин (температуры, давления, потока) для эксплуатации в условиях высоких температур (более 400 °С), радиации (до 1016 нейтронов/см2), агрессивных сред;

• светоизлучающих низковольтных (2-3 В) ресурсосберегающих светотехнических систем.

Достижение указанных целей позволит обеспечить технологическую независимость и конкурентоспособность России в стратегически и экономически эффективных наукоемких областях создания техники нового поколения с ранее недостижимыми энергетическими, частотными, массогабаритны-ми параметрами, режимами и условиями эксплуатации.

|Л и т е р а т у р а |

1. 7 шагов к созданию бизнеса: руководство заявителя. М.: Государственная корпорация «Роснано», 2008. С. 15.

2. Верма А. А., Кришна П. Полиморфизм и политипизм в кристаллах. М.: Мир, 1969. С. 273.

3. Кальнин А. А., Лучинин В. В., Нойберт Ф., Таиров Ю. М. Закономерность эволюции кристаллической структуры при синтезе веществ, обладающих множеством структурно-устойчивых состояний // ЖТФ. 1984. Т. 54, вып. 7. С. 1388-1390.

4. Лучинин В. В., Таиров Ю. М. Гетероэпитаксиальая композиция: редкий политип карбида кремния 2Н на изолирующей подложке: нитрид алюминия—сапфир. // Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10, вып. 14. С. 873.

5. LelyJ. А. Darstellung von Einkristallen von Siliciumcarbid und Beherrschung von Art und menge der Eingebauten Verunreinigungen. //Ber. Dt. Keram. Ges. 1955. Vol. 32. P. 229.

6. Авров Д. Д., Булатов А. В., Дорожкин С. М., Лебедев А. О., Таиров Ю.М. Рост слитков карбида кремния политипа 4Н на затравках с плоскостью (10-10) // ФТП. 2008. Т. 42, вып. 12. С. 1483-1487.

7. Tairov Yu. М., Tsvetkov V. F. Investigation of growth processes of ingots of silicon carbide single crystals //J. Crystal Growth. 1978. Vol. 43. P. 209.

8. www.yole.fr

9. www.cree.com

10. Иванов П. А., Грехов И. В., Ильинская Н. Д. и др. Высоковольтные (3.3 кВ) JBS-диоды на основе 4Н—SiC // ФТП. 2011. Т.45, № 5. С. 677-681.

11. Бланк Т. В., Гольдберг Ю. А. Полупроводниковые фото-электропреобразователи для ультрафиолетовой области спектра // ФТП. 2003. Т. 37, № 9. С. 1025-1054.

12. Полупроводниковые фотоприемники: ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра / И. Д. Анисимова, И. М. Викулин, Ф. А. Заитов, Ш. Д. Курмашев; под ред. В. И. Стафеева. М.: Радио и связь, 1984. 216 с.

13. Грехов И. В., Векслер М. И., Иванов П. А. и др. Эффект усиления фототока в МОП-структурах Au/Si02/n—6Н— SiC с туннельно-тонким диэлектриком //ФТП. 1998. Т. 32, № 9. С. 1145-1148.

14. Shor J. S., Kurtz А. D. Porous silicon carbide (SiC) semiconductor devices // US patent 5.569.932 from 29.10.1996.

15. Беляков Л. В., Горячев Д. Н., Сресели О. М. Фотоответ и электролюминесценция структур кремний — <пористый кремний> — <Химически осажденный металл>// ФТП. 2000. Т. 34, № 11. С. 1386-1390.

16. Афанасьев А. В., Ильин В. А., Коровкина Н. М. и др. Особенности технологии и свойств фотодетекторов на основе структур «металл-пористый карбид кремния»// ПЖТФ. 2005. Т. 31, №. 15. С. 1-6.