КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-22-20070

НазваниеДиоды Ганна и Шоттки СВЧ/ТГц диапазона на базе нитевидных нанокристаллов нитрида галлия

Руководитель Можаров Алексей Михайлович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования и науки "Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж.И. Алферова Российской академии наук" , г Санкт-Петербург

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-202 - Полупроводники

Ключевые слова диод Шоттки, диод Ганна, нитрид галлия, нитевидные нанокристаллы, кремний, молекулярно-пучковая эпитаксия, быстродействующая электроника, СВЧ

Код ГРНТИ29.19.31

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Возможность беспроводной передачи энергии и информации является неотъемлемой частью современных научно-тенических приборных решений в области военных и гражданских приложений. Беспроводные технологии используют в системах зондирования радиолокационных станций, системах досмотра пассажиров, системах радиосвязи, обеспечения широкополосного интернета и др.. Одной из важнейших тенденций в сфере передачи информации является увеличение пропускной способности радиоканала, что достигается, в первую очередь, за счет увеличения несущей частоты приемо-передающих устройств. Так, максимальная скорость для нового Wi-Fi стандарта беспроводной передачи данных IEEE 802.11ay достигается на частоте несущего сигнала 60 ГГц. Одно из активно развивающихся направлений в сфере безопасности — переход в системах досмотра пассажиров в транспортных узлах (аэропорты, ЖД вокзалы и т. д.) от рентгеновских методов сканирования к радиоволновым. Принцип работы таких устройств основан на избирательном пропускании веществ в диапазоне частот 100 – 800 ГГц и хорошей обнаружительной способностью для выявления запрещенных предметов, таких как оружие и др. Преимуществом данного подхода является безопасность для людей ввиду отсутствия источников ионизирующего излучения. К недостаткам можно отнести недостаточную интенсивность современных источников излучения и чувствительность детекторов, что приводит к необходимости проведения сравнительно долгого досмотра (около 30 сек), что ограничивает пассажиропоток и требует установки дополнительных линий досмотра. С точки зрения приборной базы, повышение несущей частоты выше 200-300 ГГц является сложной задачей из-за отсутствия в настоящий момент компактных и эффективных источников, а также детекторов излучения с такой частотой. Для расширения частотного диапазона работы полупроводниковых источников и детекторов, повышение их стабильности, уменьшения уровня шумов и т.д. необходимо использование новых материалов, обладающих преимуществами перед стандартными приборами, реализованными на платформе кремния или арсенида галлия. В свою очередь, интеграция новых материалов с существующей развитой кремниевой платформой экономически более обоснована, чем использование других дорогостоящих ростовых подложек (например, Ge, GaAs, SiC, сапфир), что часто требует технологическую модернизацию и переход на новое промышленное, часто зарубежное, оборудование. Предлагаемый проект посвящен разработке полупроводниковых генераторов и детекторов электромагнитных колебаний (диода Ганна и диода Шоттки) в СВЧ и ТГц диапазонах на базе нитевидных нанокристаллов (ННК) нитрида галлия (GaN), синтезируемых на кремниевой подложке. Применение GaN с малыми временами междолинных электронных переходов позволяет увеличить рабочую частоту диода Ганна, тем самым расширив диапазон рабочих частот генераторов до ТГц области частот. Использование GaN при создании диодов Шоттки, в свою очередь, позволяет увеличить стабильность работы диодной структуры за счет большой ширины запрещенной зоны и, как следствие, малого влияния перепада рабочей температуры на электрофизические свойства полупроводникового материала. При этом, прямозонная структура материала обеспечивает достижение высоких подвижностей электронов в материале и, как следствие, высокой рабочей частоты диода вплоть до ТГц области частот электромагнитных колебаний. Актуальность проекта определяется необходимостью совершенствования характеристик современных полупроводниковых приборов за счет применения новой материальной базы. В России технологии создания электронной компонентной базы относятся к критическим, что подчеркивает значимость и перспективность исследований в данной области для развития промышленности страны. Научная новизна проекта обусловлена применением нового активно исследуемого и внедряемого в производство электронной компонентной базы полупроводникового материала — нитрида галлия в форме структур комбинированной размерности (квази-одномерная (GaN ННК) - планарная (подложка Si)), что позволяет значительно улучшить характеристики существующих сегодня компонентов при использовании широко развитых кремниевых технологий. Благодаря высокому кристаллическому совершенству ННК и геометрическим размерам, на основе данных структур возможно создание генераторов и детекторов сигнала с частотами, достигающих значений в несколько ТГц, что открывает перспективы создания локальных источников и приемников ТГц излучения, которые могут найти свое применение, в том числе, в исследованиях одиночных биологических объектов (клеток и пр.), а также в наноэлектронике для создания передатчиков, приемников и накопителей информации. В ходе реализации проекта будет проведено численное моделирование режимов работы диода Ганна и диода Шоттки на основе одиночных GaN ННК, а также массивов GaN ННК на кремниевой подложке. Для проведения моделирования будет использована развитая заявителем аналитическая модель полупроводникового материала, учитывающая его многодолинную структуру, что необходимо для корректного учета темпа межподзонных переходов при работе диода Ганна. Будет проведен расчет влияния тепловой неоднородности на работу диодов Ганна и Шоттки. С помощью метода молекулярно-пучковой эпитаксии на Si будут синтезированы массивы GaN ННК с заданной геометрией и профилем легирования для формирования диодных структур. С помощью постростовых технологий, включающих широкий набор методик таких, как оптическая литография, напыление металлов, плазменная обработка и др., будут созданы прототипы приборов и проведено экспериментальное исследование их электрофизических характеристик. Результаты исследований, полученные в рамках данного проекта, смогут обеспечить технологический базис для создания новых электронных компонентов быстродействующей элементной базы.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---