Ученые консорциума Центра компетенций НТИ «Фотоника» из Алферовского университета создали диод с барьером Шоттки на базе нитевидных нанокристаллов нитрида галлия (GaN).
Разработка направлена на совершенствование отечественной электронной компонентной базы и применима в различной электронике, в частности – быстродействующих устройствах и системах детектирования высокочастотных сигналов. Использование GaN-диодов перспективно и для электроники космического назначения благодаря радиационной и температурной стойкости нитрида галлия. Результаты работ опубликованы в журнале Nanotechnology.
«Нитрид галлия является активно исследуемым, относительно новым полупроводником, потенциал которого еще далеко не раскрыт в полном объеме. Он отлично подходит для создания электронных компонентов нового поколения в области силовой, сверхвысокочастотной и оптоэлектроники, в том числе функционирующих в условиях агрессивных сред и космическом пространстве. Поэтому создание электронной компонентной базы на основе нитрида галлия позволяет вывести устройства различного назначения на следующий уровень, сделать их более совершенными. Сам по себе диод – это полупроводниковый компонент, который «умеет» пропускать ток в одном направлении и не пропускать в другом. Такая нелинейность позволяет, например, реализовать «электронный ключ», преобразовывать переменный ток в постоянный (диодный мост) или, скажем, детектировать и генерировать э/м излучение. По типу и архитектуре диодов существует различное множество, в нашей статье мы исследовали диоды Шоттки, принцип работы которых основан на энергетическом барьере, возникающем на границе металла с полупроводником», — комментирует профессор Алферовского университета, доктор физико-математических наук Иван Мухин.
Совокупность материальных свойств нитрида галлия и геометрических особенностей нитевидных нанокристаллов позволяет обойти актуальную проблему гетероэпитаксиального качества GaN и одновременно расширить возможности электронных компонентов на его основе. В ходе исследований ученые синтезировали на кремнии нитевидные нанокристаллы GaN диаметром порядка 100 нм и длиной до 3 микрон, а затем переносили их на вспомогательные подложки из кварца для последующей обработки. Далее в рамках специально разработанного технологического цикла к отдельно лежащим кристаллам формировалась контактная металлизация в GSG-топологии. Изготовленные таким образом диодные структуры продемонстрировали обещающие частотные характеристики.
«Само по себе использование нитевидных нанокристаллов не является новинкой. Однако, результаты, которые мы получили в ходе исследований являются уникальными. А именно, было установлено и показано, что частота отсечки соответствующих диодов Шоттки достигает 160 ГГц, что приходится на СВЧ диапазон э/м волн, при этом это не предел возможностей», — продолжил Иван Мухин. Ученые также отмечают, что использование для синтеза нитевидных нанокристаллов подложек кремния – основного материала полупроводниковой промышленности – несет определенные экономические выгоды, не препятствуя при этом получению GaN высокого кристаллического совершенства.
Диоды Шоттки встречаются в различных вариациях по характеристикам в зависимости от применения, но, как правило, используются в цепях, где требуется высокое быстродействие или низкое энергопотребление. Разработка ученых открывает новые возможности для создания компонентной базы систем 5G и выше, а также высокочувствительных и быстродействующих био / газовых / химических / фото / тензометрических датчиков для интернета вещей.