Cеминар «Полупроводниковые приборы на основе карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN)»: узок круг, но ряды тесны

Известно, что в России эти направления развиваются довольно слабо. К тому же, у наших разработчиков и производителей часто главным критерием выбора компонентов, если речь не идет об изделиях для ОПК, является стоимость. Таким образом, мы не надеялись собрать большую аудиторию, но все же решили организовать этот семинар в качестве площадки для профессионального общения специалистов, занимающихся разработкой и производством электронных компонентов и решений. На семинар собрались около 30 специалистов из Брянска, Воронежа, Москвы, Саранска, Санкт-Петербурга.

Мероприятие открылось докладом Евгения Гейфмана, генерального директора АО «НПК Электровыпрямитель», г. Саранск.

Тема доклада «Разработка и производство отечественных эпитаксиальных структур карбида кремния высокого качества». АО НПК «Электровыпрямитель» занимается разработкой и изготовлением эпитаксиальных структур карбида кремния, а также полупроводниковых приборов нового поколения на их основе. В докладе рассматривались результаты ОКР «Разработка базовой технологии создания монокристаллического карбида кремния для производства электронной компонентной базы». В ходе выполнения ОКР были разработаны и изготовлены эпитаксиальные структуры монокристаллического карбида кремния и подготовлено их производство. Из представленной в докладе таблицы видно, что полученные образцы не уступают, а по некоторым параметрам и превосходят аналоги. Сравнения проводились с продукцией компаний мировых лидеров: Cree (США); EpiWorld (Китай); Norstel (Швеция); TYSiC (Китай); PAM-Xiamen (Китай); Global Power Technologies (Китай). В настоящее время компания в поиске партнеров передала эпитаксиальные структуры монокристаллического карбида кремния ведущим предприятиям России, а также зарубежным компаниям для изготовления полупроводниковых приборов на их основе.

Следующим докладчиком был инженер-технолог Максим Черных из Воронежского ОАО «Научно-исследовательский институт электронной техники».

Основным направлением деятельности этого института являются разработки и организация выпуска функционально сложных изделий микроэлектроники. Продукция компании пользуется спросом, ее потребителями являются свыше 200 предприятий. Немало внимания уделяется и SiC-приборам. В этом приложении компания развивает следующие сервисы:

• проектирование приборов;
• кристальное производство;
• корпусирование приборов;
• измерение параметров приборов;
• полный спектр испытаний.

Название доклада «Создание омических контактов к 4H SiC» говорит само за себя. В презентации была представлена исчерпывающая информация, приведены расчетные и экспериментальные данные. Добавим лишь, что в качестве контактного металла использовался Ni, а для образования контакта применялся термический отжиг.

Третий докладчик, Николай Брюхно, начальник отдела перспективных технологий (Брянский ЗАО «Группа Кремний ЭЛ»), выступил с сообщением «Отечественные диоды Шоттки на основе карбида кремния.

Опыт разработки и внедрения». ЗАО «Группа Кремний ЭЛ» (бывший «Брянский завод полупроводниковых приборов») является одним из крупнейших в России разработчиков и изготовителей электронных компонентов и, конечно, известно нашим читателям. Целью инициативного ОКР, о котором шла речь в докладе, было создание полной технологической линейки и серийное производство диодов Шоттки на основе карбидокремниевых эпитаксиальных структур. В компании подошли к делу очень серьезно и разбили работу на три этапа:

• формирование рынка сбыта;
• освоение серийного производства на покупных кристаллах;
• освоение серийного производства на собственных кристаллах.

В презентации был показан примерный технологический маршрут изготовления SiC диодов Шоттки и приведены основные параметры уже изготавливаемых компанией диодов Шоттки.

• максимальное обратное напряжение: 600, 100, 1200 В;
• максимальный прямой ток: 1 и 2 А;
• прямое падение напряжения: 1,8 В;
• обратный ток: 50 и 80 мкА.

Доклад Юрия Федорова, главного конструктора, зам. директора московского Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники (ИСВЧПЭ) по НИОКР выделялся среди прочих тем, что был единственным, в котором речь шла о приборах на основе GaN.

Основным направлением деятельности этого института, созданного в 2002 г., является проведение фундаментальных и прикладных научных исследований, прикладных разработок в области сверхвысокочастотной (СВЧ) и крайне высокочастотной (КВЧ) полупроводниковой электроники.

В своем докладе Юрий Федоров очень подробно рассказал об истории развития и о нынешних перспективах нитридных HEMT. Например, в презентации были слайды, демонстрировавшие основные направления развития GaN HEMT миллиметрового диапазона за рубежом, и развитие гетероструктур (Al, Ga)N/AlN для этого диапазона, разработанных в ИСВЧПЭ РАН. Были представлены и другие разработки института, например приемо-передающий модуль для частот 57–64 ГГц на гетероструктуре AlGaN/GaN/сапфир. В заключение доклада Юрий Федоров рассказал о перспективной технологии ALD, позволяющей улучшить параметры нитридных HEMT.

Разумеется, в семинаре, посвященном SiC-приборам, нельзя было не упомянуть о продукции Cree, о ее подразделении WOLFSPEED. Продукцию этой компании представил Андрей Лебедев из «Макро Групп» (Санкт-Петербург).

Он аргументированно разрушил представление о дорогостоящих SiC-MOSFET. Вернее сказать, о преобразователях, построенных на основе SiC-MOSFET. Дело в том, что эти ключи позволяют заметно повысить рабочую частоту преобразователя и уменьшить потери. Другими словами, используя SiC-MOSFET, которые и вправду дороже своих кремниевых собратьев, конечная стоимость всего решения уменьшается за счет сокращения стоимости дросселя, конденсаторов и теплоотвода.

В докладе была представлена продукция компании. Заметим, что параметры SiC-MOSFET впечатляют. Как вам 1700-В ключ с максимально допустимым током 50 А и сопротивлением канала 45 мОм?! Заметно улучшены и характеристики внутреннего диода за счет уменьшения заряда и времени обратного восстановления. Приборы компании очень надежны. Испытания показали, что наработка на отказ при температуре 150°С составляет 30 млн ч. В настоящее время SiC-MOSFET вполне по силам конкурировать с высоковольтными IGBT. Да, стоимость последних значительно ниже, но сравните потери 12-кВ SiC-MOSFET и 2×6,5-кВ IGBT. При рабочей частоте 500 Гц…20 кГц потери на коммутацию в первом случае варьируются в пределах 4–160 Вт/см², а во втором – 72,5–2900 Вт/см². Впечатляет?

Экспериментальной оценки радиационной стойкости SiC-приборов был посвящен доклад Леонида Кессаринского, начальника НТК-3, АО «ЭНПО СПЭЛС».

В докладе были представлены и обзоров зарубежных работ, и собственные исследования компании. По результатам работы докладчик сделал вывод, что SiC – перспективный материал для высоковольтных изделий, но данных пока недостаточно для всестороннего анализа радиационного поведения. Однако можно предположить, что:

• SiC-транзисторы менее чувствительны к дозовым эффектам и эффектам мощности дозы, чем Si;
• SiC-транзисторы чувствительны к воздействию ТЗЧ, основные одиночные эффекты – пробой сток-исток, прокол затвора;
• при этом качественно характер радиационного поведения SiC-транзисторов совпадает с поведением Si транзисторов;
• SiC-транзисторы должны быть более чувствительны к эффектам структурных повреждений (как приборы из составного полупроводника).

Последний доклад Виктора Епифанова, инженера Keysight Technologies, назывался «Измерение типовых параметров силовых полупроводниковых приборов в диапазоне до 10 кВ и 1,5 кА на этапе разработки новых устройств или входного контроля».

Как нетрудно догадаться, выступление было посвящено тестовым приборам компании. Напомним, что компания Keysight Technologies выделилась из Agilent Technologies. И хотя испытание SiC-приборов не имеют специфических особенностей, доклад был выслушан с интересом, а докладчику пришлось ответить на немалое число вопросов. На мини-выставке в рамках семинара были представлены образцы продукции компании.

Мы считаем, что семинар удался. Во всяком случае, по его окончанию организаторы удостоились аплодисментов. Все без исключения доклады вызвали интерес и сопровождались вопросами.

А в перерывах между докладами участники активно налаживали деловые контакты и обсуждали насущные вопросы данного направления полупроводниковой ндустрии. Редко где удается в столь емком виде получить новейшую информацию практически по всем актуальным вопросам данной отрасли.

Можно ли делать какие-либо глобальные выводы и обобщения? Пожалуй, нет. Мы еще раз убедились в том, что емкость российского рынка электроники мала и если производители компонентов хотят получать прибыль на открытых рынках, а не работать только с госзаказами, необходимо выходить на зарубежные рынки.

Источник: Медиагруппа «Электроника», журнал «Электронные компоненты»