Ученые ИПМаш РАН первыми в России научились изготавливать пластины из карбида кремния

Специалисты Института проблем машиноведения (ИПМаш) РАН первыми в России научились изготавливать пластины из карбида кремния. В отличие от простого кремния, который есть в каждом смартфоне, карбид кремния может переносить очень высокие нагрузки, что открывает дорогу к созданию гораздо более производительных устройств, сообщили ТАСС в воскресенье в пресс-службе ИПМаш РАН.

"Ученые ИПМаш РАН первыми в РФ создали технологию производства главного материала для микроэлектроники будущего - карбида кремния - кристаллического материала для микроэлектроники, по характеристикам превосходящего использующийся в настоящее время кремний. Технология проста в получении и многократно дешевле существующих зарубежных технологий", - рассказали в пресс-службе.

Долгие десятилетия простые кремниевые пластины используются в качестве основы для самых разных электронных устройств - от смартфонов и телевизоров до радаров и лазеров. Причина проста - кремний представляет собой надежный и простой в обработке полупроводниковый материал с достаточно низкой себестоимостью.

Однако кремниевые микросхемы работают стабильно только в узком диапазоне температур - уже при 60 градусах Цельсия устройства на кремнии начинают выходить из строя, отметили в пресс-службе ИПМаш РАН, а высокий радиационный фон и вовсе губителен для кремниевой аппаратуры.

С ростом производительности цифровых устройств перед специалистами по всему миру стоит вопрос создания более выносливого материала для микросхем, который позволил бы строить квантовые компьютеры, качественно новые медицинские приборы, мощные голубые лазеры и т. д. Один из самых перспективных вариантов отказа от простого кремния - это более совершенный карбид кремния - соединение кремния с углеродом.

Многие иностранные ученые и инженеры уже запатентовали свои технологии по созданию карбида кремния. В основном они сводятся к выращиванию пленки из карбида кремния прямо на пластинах самого кремния. Проблема такого метода, поясняет руководитель лаборатории структурных и фазовых превращений в конденсированных средах ИПМаш РАН Сергей Кукушкин, заключается в несовпадении кристаллических структур получившейся пленки и базовой пластины. Итог - без сложных предварительных манипуляций пленка может начать трескаться.

Обычно эти манипуляции заключаются в том, чтобы предварительно изъять часть атомов из пластины кремния и создать условные пустоты - "вакансии", которые помогли бы пленке из карбида кремния закрепиться более надежно.

Ученые из ИПМаш РАН придумали вместо простого изъятия атомов кремния из пластин сразу заменять их на атомы углерода без разрушения кристаллической структуры.

"Впервые в мировой практике реализована последовательная согласованная замена атомов одного сорта другими атомами прямо внутри исходного кристалла без разрушения его кристаллической структуры. Качество структуры слоев, полученных данным методом, значительно превосходит качество пленок, выращенных на кремниевых подложках ведущими мировыми компаниями", - подчеркнул Сергей Кукушкин.

Замена атомов происходит с помощью простого угарного газа. Разработанная в ИПМаш РАН технология, отметил Сергей Кукушкин, позволяет удешевить производство пленок карбида кремния почти в десять раз в сравнении с зарубежными аналогами.

Приборы на основе карбида кремния могут работать почти при 300 градусах Цельсия. Кроме того, микросхемы на основе такого материала выдерживают высокое радиоактивное облучение, а значит, могут использоваться на ядерных станциях и в космосе.

Как и с другими новаторскими решениями, основная проблема всегда состоит в масштабировании и создании массовых производств. Как рассказал руководитель лаборатории структурных и фазовых превращений в конденсированных средах ИПМаш РАН Сергей Кукушкин, новая технология может лечь в основу высокотехнологического производства монокристаллических слоев карбида кремния на кремниевых подложках. Это позволило бы российским компаниям выступить в качестве мирового технологического лидера в области разработки полупроводников нового поколения.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/16911157