СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2015

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2015 Wolfspeed – новое имя на рынке СВЧ-компонентов хорошо знакомой компании Cree Компания CREE – один из лидеров в области силовых и СВЧ-компонентов на основе карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) – объявила о выделении данного направления в независимое подразделение, которое получило название Wolfspeed. В статье дан краткий обзор развития технологий компании Cree, а также представлено новое подразделение силовых и СВЧ-компонентов, выпускаемых с сентября 2015 г. под брендом Wolfspeed. Александр Балакирев, Андрей Туркин (Москва) В ВЕДЕНИЕ Развитие физики полупроводников в середине XX века, позволившее понять принцип работыp–n-перехода, привело к изобретениютранзистора [1]. Дальней- шие исследования показали перспектив- ность структур на основе GaN, в частно- сти, для применения в силовых и СВЧ- устройствах [2]. Технологии улучшения характеристик СВЧ-транзисторов на основе гетероструктур GaN интенсив- но развиваются по сей день. В гетероструктурах на основе GaN и его твёрдых растворов можно фор- мировать слои с различным составом и свойствами, что позволяет констру- ировать приборы, оптимизированные под определённые задачи [2]. Например, управляя концентрацией двумерного газа носителей, удаётся оптимизировать свойства транзисторов уже в ходе роста кристалла [2], что ведёт к повышению качества структуры и эффективности приборов на её основе. Другим важным технологическим способом совершен- ствования СВЧ-транзисторов на основе гетероструктур GaN и его твёрдых рас- творов является углубление подзатвор- ной области путём плазмохимическо- го травления, которое обычно совме- щается с процедурой травления щели в диэлектрике [2, 3]. Благодаря этому про- исходит улучшение многих параметров, например, крутизны транзистора из-за уменьшения расстояния затвор–канал; снижение сопротивления истока и стока благодаря отсутствиюобеднения обла- стей затвор–исток и затвор–сток транзи- стора; уменьшение или даже устранение переходных процессов при включении транзистора из-за уменьшения влияния ловушек в области затвор–сток. В связи с этимпредлагается выращивать пасси- вирующий слой диэлектрика непосред- ственно после выращивания всех слоёв гетероструктуры [2, 3]. Также в последние годы развернулись интенсивные поиски наилучших пас- сивирующих материалов для транзи- сторных гетероструктур на основе GaN и его твёрдых растворов. Применение новых материалов позволяет более чем в два раза увеличить импульсный ток транзистора, повысить крутизну харак- теристики и значительно уменьшить время включения за счёт компенса- ции поверхностных состояний [2–5]. Американская компания Cree в по- следние годы стала одним из лидеров в области разработки новых техноло- гий гетероструктур на основе нитрида галлия для СВЧ-электроники. О КОМПАНИИ C REE И W OLFSPEED Компания Cree была основана в 1987 г. выпускниками университета Северной Каролины (США) как произ- водитель полупроводниковых материа- лов на основе карбида кремния (SiC) для электронной промышленности. Амери- канские исследователи взяли за осно- ву открытый ранее советскими учёны- ми «метод ЛЭТИ» – наиболее успешный из известных в мире способов выращи- вания кристаллов карбида кремния [6]. Первая продукция Cree появилась на рынке в 1989 г. Это были светодиодные кристаллы синего цвета свечения, полу- ченные выращиванием эпитаксиаль- ных структур карбида кремния (SiC) на подложке SiC. Эффективность первых синих светодиодов была невысока, но это были первые полупроводниковые светодиодные кристаллы, длина волны излучения которых лежала в коротко- волновой области видимого спектра. В начале 90-х годов XX века с разви- тием технологии выращивания гете- роструктур на основе GaN и его твёр- дых растворов специалисты компании Cree, вслед за японскими и европейски- ми коллегами, начали вести активную работу в данномнаправлении. При этом отличие технологии, развиваемой ком- панией Cree, было в том, что её специа- листы стали использовать для эпитак- сиального выращивания GaN подлож- ки из SiC, тогда как большинство других производителей использовали подлож- ки из сапфира. Дело в том, что техноло- гия выращивания GaN на SiC обладает рядомпреимуществ перед технологией GaNна сапфире [7–10], связанных с луч- шей теплопроводностьюSiC по сравне- ниюс сапфиром (3,8 Вт/смК у SiC против 0,3 Вт/смК у сапфира), лучшим по срав- нениюс сапфиром сродством кристал- лической решётки SiC с базовым мате- риалом GaN и так далее. Как следствие, применение указанной технологии упрощает задачу отвода тепла от актив- ной области кристалла – p–n-перехода, а также снижает концентрацию дефек- тов и дислокаций в структуре GaN, что позволяет повысить квантовый выход кристаллов [7–10]. Примечательно, что Cree выращивает кристаллы карбида кремния на собственнойфабрике, явля- ясь полностьювертикально-интегриро- ваннымпроизводителем компонентов. В 1990-х гг. к коллективу разработ- чиков Cree присоединились несколько учёных российскойшколы, обладавших большимопытом (известно, что в 1970-х и 1980-х гг. наиболее передовые иссле- дования по карбиду кремния велись именно в СоветскомСоюзе). Их участие помогло снизить плотность дефектов и увеличить размеры кристаллов кар- бида кремния, тем самымповысив каче- ство подложки и эффективность выра- щиваемых на ней структур. Эта работа продолжается до сих пор: в настоящее время серийное производствонафабри- ке Cree переходит с пластин диаметром 100ммна рекордный для карбида крем- ния диаметр 150мм (и этоне предел), что снижает стоимость готовых кристаллов. Специалисты компании Cree одни- ми из первых разработали и вывели на рынок новый класс мощных светодио- дов, привлекательных для использова-