• Julia Borisova

Новый полупроводниковый материал для силовой электроники

Ученые из НИТУ «МИСиС», ФТИ им. А.Ф. Иоффе совместно с коллегами из компании «Совершенные кристаллы» разработали процесс изготовления нового материала для изделий силовой электроники и эффективного управления его свойствами. Разработанный материал позволит работать с более высокими напряжениями, при более высоких температурах, с меньшими потерями мощности.


Новый материал может заменить нитрид галлия в силовых приборах

В силовой полупроводниковой электронике возможности основного полупроводникового материала – кремния - оказались практически исчерпанными. Поэтому ученые на протяжении уже нескольких лет ведут интенсивный поиск материалов с новыми свойствами, которые позволили бы работать при более высоких температурах, напряжениях и токах.

Перспективным решением стал переход к широкозонным материалам, то есть таким материалам, у которых ширина запрещенной зоны позволяет прикладывать высокое напряжение, не вызывая электрического пробоя. В последние десятилетия по этой же причине произошел переход в силовой электронике от кремния с шириной запрещённой зоны 1,2 эВ к карбиду кремния SiC и нитриду галлия GaN c запрещённой зоной 3,3-3, 4 эВ. Но даже такой переход оказался недостаточным для постоянно возрастающих требований к силовым приборам.


Перспективной заменой могут стать политипы оксида галлия, b-Ga2O3 с шириной запрещённой зоны 4,8 эВ и полем пробоя 8 МВ/см и a-Ga2O3 с шириной запрещенной зоны 5,2 эВ. Но к сожалению, выращивание совершенных плёнок a-Ga2O3 и нахождение подходящих легирующих примесей, которые позволили бы управлять проводимостью плёнок в широком диапазоне, представляет трудную задачу. Поиском ее решения на протяжении вот уже нескольких лет занимались ученые из ФТИ им. А.Ф. Иоффе, компании «Совершенные кристаллы» и в НИТУ «МИСиС».


Спустя несколько лет работ ученых ждал успех. Ученым удалось вырастить толстые плёнки a-Ga2O3 с достаточно высоким структурным совершенством и ввести в плёнки примесные атомы олова, поставляющие электроны и изменяющие проводимость плёнок в очень широких пределах. Затем из приготовленных плёнок были сделаны тестовые диодные структуры и подробно изучены электронные свойства материала, а также электронная структура имеющихся в нём примесей и дефектов.


Полученные результаты вселяют оптимизм касательно перспектив использования a-Ga2O3 в силовых приборах, хотя ещё потребуется провести очень серьёзные дополнительные исследования, чтобы повысить стабильность материала и улучшить его характеристики.

Научная статья по данной теме опубликована в журнале APL Materials.

Читайте далее: ученые создали материал из графена, который может вести себя как сверхпроводник и как изолятор.

Подписаться на новости SCDAILY