Cтатьи, принятые к публикации

К 100-летию Физико-технического института (ФТИ) им. А.Ф. Иоффе


Электроника на основе SiC

, , , , , ,
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация

В настоящем обзоре рассмотрены работы по развитию электроники на основе карбида кремния, значительная часть которых была выполнена во ФТИ им. А.Ф. Иоффе. Даётся краткий анализ электрофизических свойств SiC и других широкозонных полупроводников с точки зрения создания различных типов приборов. Описан рост объемных кристаллов карбида кремния, высокого качества, диаметром до 4х дюймов, как чистых, так и легированные примесями и обогащенные собственными изотопами. Продемонстрированы возможности контролируемого роста различных политипов карбида кремния. Показано, что при латеральном разращивании затравки достигается существенное снижение плотности торчковых дислокаций. Приведены экспериментальные данные по разработке и исследованию высоковольтных (1—3 кВ) 4H-SiC диоды для силовой и короткоимпульсной электроники. Показано, что силовые диоды с интегрированной Шоттки-(p-n)-структурой (JBS) сочетают малые времена обратного восстановления и малые потери при переключениях. Быстровосстанавливающиеся лавинные p-n-диоды имеют сравнимые с JBS-диодами времена обратного восстановления и способны рассеивать в режиме лавинных импульсов тока энергию несколько Дж/см2. 4H-SiC диодные размыкатели тока - дрейфовые диоды с резким восстановлением — генерируют высоковольтные импульсы с фронтом нарастания в субнаносекундном диапазоне времени. С помощью аналитических моделей и численного моделирования в рамках оригинальной программы "ИССЛЕДОВАНИЕ" рассмотрены основные процессы, протекающие в силовых биполярных приборах на основе 4H-SiC: тиристорах, биполярных транзисторах и диодах. Кроме того, рассмотрены явления, общие для всех биполярных приборах на основе карбида кремния: электронно-дырочное рассеяние, проблема эффективного эмиттера и фундаментальные физические ограничения на предельное блокируемое напряжение и предельные плотности тока. Уникальные квантовые свойства центров окраски в карбиде кремния позволили утвердить новую роль карбида кремния как гибкой и практичной платформы для разработки современных квантовых технологий. Центры окраски атомарных размеров в объемном и нанокристаллическом SiC являются перспективными системами для спинтроники, фотоники совместимой с полосой прозрачности волоконной оптики и живых систем, квантовой обработки информации и зондирования в условиях окружающей среды. Возможности высокотемпературных оптических спиновых манипуляций, как на спиновых ансамблях, так и на одиночных спинах, открыли новую эру в применении спиновых явлений, как в фундаментальной науке, так и в прикладных исследованиях. В заключительной части обзора рассмотрена технология роста графеновых пленок методом термодеструкции поверхности SiC монокристаллов. Показано, что данные плёнки обладают хорошим структурных совершенством и могут быть использованы для создания сверхчувствительных газовых и биосенсоров.

Ключевые слова: карбид кремния, объемные кристаллы, сублимационный рост, политипы, латеральное разращивание, высоковольтные силовые диоды, высоковольтные субнаносекундные импульсные диоды, тиристоры, биполярные транзисторы, аналитические модели, численное моделирование, центр окраски, спин, сенсорика, магнитное поле, ЭПР, ОДМР, графен, Рамановская спектроскопия, двумерные материалы
DOI: 10.3367/UFNr.2018.10.038437
Цитата: Лебедев А А, Иванов П А, Левинштейн М Е, Мохов Е Н, Нагалюк С С, Анисимов А Н, Баранов П Г "Электроника на основе SiC" УФН, принята к публикации

Поступила: 4 сентября 2018, доработана: 1 октября 2018, 4 октября 2018

English citation: Lebedev A A, Ivanov P A, Levinshtein M E, Mokhov E N, Nagalyuk S S, Anisimov A N, Baranov P G “SiC based electronicsPhys. Usp., accepted; DOI: 10.3367/UFNe.2018.10.038437

© Успехи физических наук, 1918–2018
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение