СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2014

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 17 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2014 ● фотонного вентиля; ● усилителя (умножителя) частоты фотонной волны; ● когерентного (лазерного) генератора с разными значениями частоты излу- чения ( h ν ), в т.ч. безинжекционного (лавинного) лазера; ● фотонной памяти на основе интер- ференционных (смесительных) вол- новых явлений вследствие ампли- тудно-фазовой модуляции. Фотон- ная память на два порядка и более скоростная, чем электрическая в ДЗУ на базе «Trench» MOSFET/MOS- конденсатор; ● акусто-электронных усилителей/ преобразователей/инверторов/сме- сителей/генераторов; ● эффективной фотонной вольтаи- ки, не только оптической (солнеч- ной), но и ближней инфракрасной, с использованием гетеросистем на основе GaAs, Ge, AlGaAs, InGaAs; ● для СВЧ-применений важное зна- чение имеет возможность созда- ния эффективных ДОС-приборов (приборов с отрицательным диф- ференциальным сопротивлением). На рисунке 5 показана модель созда- ния эффективной плотной ЭДП, ког- да фотонная проводимость обваль- но превращается в полупроводни- ковую; ● суперпроводящих opto-HEMT / opto- FET, кардинально меняющих облик СВЧ и терагерцовой электроники. Следует ожидать, что opto-FET на основе LPE i-GaAs (наряду с биполяр- ными оптоприборами, такими как opto- thyristors, opto-ЛПД, opto-HEMT, opto- IGBT) достаточно быстро и уверенно вытеснят кремниевые MOSFET и IGBT, а также нерадиационностойкие 4H-, 6H-SiC MOSFET/JFET, JBS. Высокая рабочая температура эксплуатации LPE i-GaAs монокристалла В начале статьи прозвучало, что с 2015 года появится новая миро- вая электронная индустрия с рабо- чей температурой ЭКБ в диапазоне +250…+320 ° С (вдвое выше, чем на крем- нии или политипно-гексагональном SiC). Высокотемпературная электрони- ка своим созданием обязана, в первую очередь, промышленной, коммерчески эффективной LPE i-GaAs технологии. Исследования исключительной тем- пературной стойкости LPE p-i-n GaAs переходов при максимальных рабо- чих температурах T = +583…+633 K (+360 ° C!), проведённые в 80-х годах группой учёных ФТИ им. А.Ф. Иоффе [8], протоколы по НИОКР, находящиеся в ЦНИИ-22 (г. Мытищи), протоколы замера параметров LPE p-i-n GaAs дио- дов в фирме «Semelab» (Англия), компа- ниях «Motorola», «Micross Components» и «Microsemi» (США), ОАО «Орбита» (г. Саранск) – более чем убедитель- но свидетельствуют о новом, исклю- чительном качестве электроники. В данный момент поднимается вопрос о совершенстве технологии пассива- ции/защиты поверхности p-i-n GaAs высоковольтного перехода. Начатые в настоящее время работы по созданию технологии пассивации LPE p-i-n GaAs структур в ЗАО «Группа Кремний Эл» (г. Брянск) и ОАО «Орби- та» (г. Саранск) указывают на очень высокую вероятность быстрого реше- ния данной технологической пробле- мы и снятия её с повестки дня. Радиационная стойкость LPE i-GaAs монокристалла Советские протоколы (1986–1987 гг.) по результатам испытаний в процес- се НИОКР на спецстойкость изготов- ленных по «графитовой» технологии LPE p-i-n GaAs (Si) высоковольтных GaAs диодов и тиристоров, находящи- еся в архиве ЦНИИ-22 (г. Мытищи), показывают на порядок более высо- кую радиационную стойкость LPE p-i-n GaAs приборов по сравнению с Si высоковольтными приборами. Сравнивать с SiC MOSFET/JFET и JBS на гексагональных политипах не име- ет смысла, поскольку гекса-SiC при- боры при содержании легирующей примеси >10 17 см –3 утрачивают ради- ационную стойкость. Исключение составляют 600-вольтовые SiC SBD (не путать с 1200/1700-вольтовыми JBS SiC диодамиШоттки). В ОЗМОЖНОСТИ НОВОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНДУСТРИИ НА ОСНОВЕ LPE I -G A A S МОНОКРИСТАЛЛОВ Уникальные свойства LPE i-GaAs монокристалла (изолятор, полупро- водник, проводник, фотонный вол- новод, следы сверхпроводимости), вследствие специфичной энергети- ки растворённых в GaAs амфотер- ных атомов IV гр. таблицы Менделее- ва, дипольной поляризации молекул GaAs (электронных оболочек атомов Ga и As), электромагнитных свойств доменов Ганна, позволяют не просто реализовать весь совокупный спектр электронных приборов на основе Ge, Si, SiC, GaN, InP, но и значительно рас- ширить его. В ближайшие несколько лет можно ожидать появления целой гаммы вновь открытых классов при- боров, начиная с COOL сверхпроводя- щего диода. На основании открытых в середи- не 80-х годов группой учёных Ленин- градского ФТИ высокотемпературных GaAs приборов ( p-i-n -диоды, тиристо- ры, Шоттки-диоды) [9], СВЧ высоко- вольтных HBT, в т.ч. доменных «два в одном» транзисторов [10], а впо- следствии «пять в одном» транзисто- ров [7], SMART opto-FET ключей [11], терагерцовых GaAs МОП БИС [12, 13], фотонно-инжекционных импульс- ных высоковольтных (тиристорных) коммутаторов со скоростью включе- ния в L-СВЧ диапазоне, новых физи- ческих моделей и конструкций (COOL L-диоды [6]) и ожидаемого множества других открытий, явлений и моделей на базе LPE i-GaAs монокристалла мож- но спрогнозировать следующую клас- сификацию сегментов электроники, классов и групп электронных прибо- ров (см. таблицу). В итоге, ни на одном из известных материалов, таких как Ge, Si, SiC, GaN и InP, невозможно реализовать все вышеназванные классы ЭКБ. Р ЫНОК , ЭКОНОМИКА , ПОЛИТИКА Мировой рынок электроники харак- теризуется монополией кремниевых приборов. Общий объём полупровод- никовых приборов достиг уровня в $300 млрд, из которых 95% приходит- ся на кремниевую ЭКБ, около 4,5% – на арсенид-галлиевые приборы (в боль- шинстве случаев, СВЧ-применения), 0,5% приходится на широкозонные GaN, SiC приборы и пр. В данной публикации показана активная конкурентоспособность LPE i-GaAs электроники по сравне- нию с кремниевой, карбид-кремние- вой и нитрид-галлиевой технологиями. Как известно, экономика полупро- водниковых приборов базируется на стоимости исходного монокристал- ла, диаметре используемых полупро- водниковых пластин, длительности и энергоёмкости технологического цикла производства ЭКБ. Планируемое «Ростехом», «Ренова» иМинпромторгом создание в пос. Гор- ный Саратовской области высокотехно- логичного производства поли- и моно-