СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ СЛЕДУЮЩЕГО ДЕСЯТИЛЕТИЯ (2020-2030 ГГ.)

Авторы

  • А. А. Демидов Брянский государственный технический университет
  • С. Б. Рыбалка Брянский государственный технический университет

Ключевые слова:

кремний (Si), карбид кремния (SiC), нитрид галлия (GaN), алмаз, оксид галлия (Ga 2 O 3 ), нитрид алюминия (AlN), нитрид бора (BN), силовая микроэлектроника.

Аннотация

В обзоре рассмотрены современные и перспективные полупроводниковые материалы (кремний (Si), карбид кремния (SiC), нитрид галлия (GaN), алмаз, оксид галлия (Ga2O3 ), нитрид алюминия (AlN), нитрид бора (BN)) с точки зрения их использования при импортозамещении существующих и создании новых изделий микроэлектроники. Дана оценка перспективности использования наиболее актуальных полупроводниковых материалов в ближайшее десятилетие.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

1. Белоус А. И., Ефименко С. А., Турцевич А. С. 2013. Полупроводниковая силовая электроника.
М., Техносфера. 216.
2. Бондарь Д. 2019. Полупроводниковая микроэлектроника - 2018 г. Электронные компоненты.
1: 12-17.
3. Вавилов В. С. 1994. Особенности физики широкозонных полупроводников и их практических
применений. УФН. 164(3): 287-296.
4. Вавилов В. С, Конорова Е. А. 1976. Полупроводниковые алмазы. УФН. 118:611-639.
5. Гольцова М. 2012. Moщные GaN-транзисторы. Истинно революционная технология. Электро-
ника НТБ. 4: 86-100.
6. Гольцова М. 2014. Силовая полупроводниковая электроника Многообещающие технологии
становятся реальностью. Электроника НТБ. 4:54-100.
7. Громов В., Брюхно Н., Демидов А., Дракин А, Зотин В., Кульченков Е., Рыбалка С. 2018.
Исследование стойкости SiC-диодов Шоттки ЗАО «ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ» к скорости
нарастания обратного напряжения. Силовая электроника. 71(2): 10-12.
8. Гудилин Д. 2014. "Группа Кремний Эл": новая отечественная элементная база для силовой
электроники. Электроника НТБ. 8: 92-96.
9. Желаннов А. В., Удальцов В. Е., Федоров Д. Г. 2012. Исследование силовых диодов Шоттки на
основе нитрида галлия. Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава
Мудрого. 68: 92-94.
10. Кукушкин С. А. , Николаев В. И., Осипов А. В., Осипова Е. В., Печников А. И., Феоктистов
Н. А. 2016. Эпитаксиальный оксид галлия на подложках SiC/Si. ФТТ. 58(9): 1812-1817.
11. Кульченков E. А., Рыбалка С. Б., Демидов А. А., Дракин А. Ю. 2020. Расчет характери-
стик карбидокремниевых диодов Шоттки для малогабаритных метеллополимерных корпусов.
Прикладная математика & Физика. 52(1): 33-40.
12. Лебедев А. А, Иванов П. А, Левинштейн М. Е, Мохов Е. Н, Нагалюк С. С, Анисимов А. Н,
Баранов П. Г. 2019. Электроника на основе SiC (к 100-летию Физико-технического института
им. А.Ф. Иоффе РАН. УФН. 189: 803-848.
13. Михайлов А. И. Физико-технологические основы формирования канала силового МДП-транзистора
на карбиде кремния: дис. ... канд. техн. наук: 05.27.01/ Михайлов Алексей Игоревич. - СПб.,
2018. 182 с.
14. Рожков М. А., Колодезный Е. С., Смирнов А. М., Бугров В. Е., Романов А. Е. 2015. Сравнение
характеристик диодов Шоттки на основе Ga 2 O 3 и других широкозонных полупроводниковых
материалов. Физика и механика материалов. 24(2): 194-200.
15. Розанов Ю. К. 2018. Силовая электроника. Эволюция и применение. М.: Знак. 140.
16. Рыбалка С. Б., Демидов А. А., Кульченков E. А., Дракин А. Ю. 2018. Исследование dv/dt
характеристик карбидокремниевых диодов Шоттки. Научные ведомости БелГУ. Серия: Ма-
тематика. Физика. 50(4): 460-468.
17. Середин П. В., Голощапов Д. А., Леньшин С. и др. 2016. Особенности роста и структурно-
спектроскопические исследования нанопрофилированных пленок AlN, выращенных на разо-
риентированных подложках GaAs. Физика и техника полупроводников. 50(9): 1283-1294.
16
18. Хмельницкий Р. А., Талипов Н. Х., Чучева Г. В. 2017. Синтетический алмаз для электроники
и оптики. М.: Изд-во ИКАР, 228.
19. Alivov Ya. I. et al. 2003. Fabrication and characterization of n-ZnO/p-AlGaN heterojunction light-
emitting diodes on 6H-SiC substrates. Appl. Phys. Lett. 83(23): 4719-4721.
20. Amano H., Baines Y., Beam E., Borga M., Bouchet T., Chalker P. et al. 2018. The 2018 GaN power
electronics roadmap. Journal of Physics D: Applied Physics. 51(16): 163001.
21. Arbet-Engels V., Chang W., Yablonovich E. et al. 1995. Flexible, thin-film, GaAs hetero-junction
bipolar transistors mounted on natural diamond substrates. Solid State Electronics. 38(11): 1972-
1974.
22. Balasubramanian C., Bellucci S., Cinque G., Marcelli A., Guidi M. C., Piccinini M., Popov A.,
Soldatov A., Onorato P. 2006. Characterization of aluminium nitride nanostructures by XANES
and FTIR spectroscopies with synchrotron radiation. J. Phys. Condens. Matter. 18(33): S2095.
23. Baliga B. J. 2008. Fundamentals of Power Semiconductor Devices, Berlin-Springer-Verlag, 1085.
24. Baliga B. J. 2013. Gallium nitride devices for power electronic applications. Semicond. Sci. Technol.
28(7): 074011.
25. Baliga B. J. 2019. Wide Bandgap Semiconductor Power Devices: Materials, Physics, Design, and
Applications, Woodhead Publishing-Elsevier Science, 600.
26. Bathe R., Vispute R. D., Habersat D., Sharma R. P., Venkatesan T., Scozzie C. J., Ervin M., Geil
B. R., Lelis A. J., Dikshit S. J., Bhattacharya R. 2001. AlN thin films deposited by pulsed laser
ablation, sputtering and filtered arc techniques. Thin Sol. Films, 398-399: 575.
27. Bert N. A., Bondarev A. D., Zolotarev V. V., Kirilenko D. A., Lubyanskiy Y. V., Lyutetskiy A.
V., Slipchenko S. O., Petrunov A. N., Pikhtin N. A., Ayusheva K. R., Arsentyev I. N., Tarasov I.
S. 2015. Properties of AlN films deposited by reactive ion-plasma sputtering. Semiconductors, 49:
1383.
28. Chow T. P., Li Z. 2012. Recent advances in high-voltage GaN MOS-gated transistors for power
electronics applications. Chap. 8 in: S. Pearton (Ed.), GaN and ZnO-based Materials and Devices.
Springer, 239-250.
29. Chow T. P., Omura I., Higashiwaki M., Kawarada H., Pala V. 2017. Smart power devices and
ICs using GaAs, wide and extreme bandgap semiconductors. IEEE Trans. Electron Devices. 64(3):
856-873.
30. Chow T. P., Tyagi R. 1994. Wide bandgap compound semiconductors for superior high-voltage
unipolar power devices. IEEE Trans. Electron Devices. 41(8): 1481-1483.
31. Dutta M., Koeck F. A. M., Li W., Nemanich R. J. and Chowdhury S. 2017. High Voltage Diodes
in Diamond Using (100)- and (111)- Substrates. IEEE Electron Devices Lett. 38(5): 600-603.
32. Felice V., Antoine P., Claudio T. 2019. Quad Flat No-lead pacage. Patent US, US2019131197 (A1).
33. Garcia-Mendez M., Morales-Rodriguez S., Galvan D. H., Machorro R. 2009. Characterization of AlN
thin films fabricated by reactive DC sputtering: experimental measurements and Huckel calculations.
Int. J. Mod. Phys. B. 23(9): 2233-2251.
34. Ghandhi S. K. 1977. Semiconductor Power Devices. Wiley, New York. 329.
35. Hashimoto A., Koiwa I. Low-κ Materials and Development Trends. 2009. In: Shacham-Diamand Y.,
Osaka T., Datta M., Ohba T. (eds) Advanced Nanoscale ULSI Interconnects: Fundamentals and
Applications. Springer, New York, NY, 145-151.
36. Hitoshi Umezawa. 2018. Recent advances in diamond power semiconductor devices. Materials
Science in Semiconductor Processing. 78: 147-156.
37. Ho C. J., Shing T. K., Li P. C. 2004. Preferred orientation control and characterization of AlN thin
films using reactive sputtering. Tamkang Journal of Science and Engineering. 7(1): 14.
38. https://www.interfax.ru/business/450586; http://atomicexpert.com/page785032.html.
17
39. Kalinina E. V. et al. 1996. Schottky barriers on n-GaN grown on SiC. J. Electron. Mater. 25(5):
831-834.
40. Kaminski N., Hilt O. 2014. SiC and GaN devices - wide bandgap is not all the same. IET Circuits,
Devices Syst. 8(3): 227-236.
41. Kang Y. H. Semiconductor Technologies in the Era of Electronics. Dordrecht: Springer, 2014 - 149
p.
42. Kang Y. H., Hu H. Y., Han B. G., Su H. 2019. A reconfigurable solid-state plasma dipole antenna
based on SPiN diodes. Microelectronic Engineering. 214: 55-59.
43. Khan S., Shahid M., Mahmood A., Shah A., Ahmed I., Mehmood M., Aziz U., Raza Q., Alam M.
2015. Texture of the nano-crystalline AlN thin films and the growth conditions in DC magnetron
sputtering. Nat. Sci. Mater. Int., 25(4): 282-290.
44. Kim Jae-Keun, Jeong Sang-hun. 2001. Effects of deposition parameters on AIN film growth using
reactive DC magnetron sputtering. J. Korean Phys. Soc. 38(1): 19-24.
45. Kimoto T., Cooper J. A. 2014. Fundamentals of Silicon Carbide Technology. Growth, Characteriztion,
Devices, and Applications. New York: Wiley-IEEE Press, 555.
46. Kimoto T., Yonezawa Y. 2018. Current status and perspectives of ultrahigh-voltage SiC power
devices. Materials Science in Semiconductor Processing. 78: 43-56.
47. Kumari N., Singh A. K., Barhai P. K. 2014. Study of Properties of AlN Thin Films Deposited by
Reactive Magnetron SputteringInt. J. Thin Films Sci. Technol. 3(2): 43-49.
48. Lawrence S. Pan, Don R. Kania. 1995. Diamond: Electronic Properties and Applications. Boston-
Kluwer Academic Publishers, Springer. 472.
49. Li Z., Waldron J., Dayal R., Parsa L., Hella M. and Chow T. P. 2012. High voltage normally-off
GaN MOSC-HEMTs on silicon substrates for power switching applications. Proc. 24th International
Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs 2012. 45-48. Bruges.
50. Liu J. W., Oosato H., Liao M. Y. and Koide Y. 2017. Enhancement-mode hydrogenated diamond
metal-oxide-semiconductor field-effect transistors with Y 2 O 3 oxide insulator grown by electron beam
evaporator. Appl. Phys. Lett. 110(20): 203502-1-203502-5.
51. Lu D., Wong C.P. 2017. Materials for Advanced Packaging. Springer International Publishing
Switzerland. 969.
52. Millan J., Godignon P., Perpina X., Perez-Tomas A., Rebollo J. 2014. A Survey of Wide Bandgap
Power Semiconductor Devices. IEEE Transactions on Power Electronics, 29(5), 2155-2163.
53. Mishra U. K., Parikh P., Wu Y. F. 2002. AlGaN/GaN HEMTs - An overview of device operation
and applications. Proc. IEEE. 90(6):1022-1031.
54. Mishra U. K., Shen L., Kazior T. E. and Wu Y. 2008. GaN-Based RF Power Devices and Amplifiers.
Proc. IEEE. 96(2): 287-305.
55. Oh Seunghoon. QFN manufacturing method of QFN semiconductor package. Patent KR, No.
KR20190094983 (A), 2019.
56. Panchenko P. V., Rybalka S. B., Malakhanov A. A., Demidov A. A. et al. 2017. Silicon carbide of
Ni/6H-SiC and Ti/4H-SiC type Schottky diode current-voltage characteristics modelling. J. Phys.:
Conf. Ser. 917: 082010.
57. Pengelly R. S. et al. 2012. A review of GaN on SiC high electron-mobility power transistors and
MMICs. IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 60(6): 1764–1783.
58. Polyakov A. Y., Smirnov N. B., Shchemerov I. V., Yakimov E. B., Nikolaev V. I., Stepanov S. I. et
al. 2019. Deep trap spectra of Sn-doped α-Ga2O3 grown by halide vapor phase epitaxy on sapphire.
APL Materials. 7(5): 051103-1−051103-1.
59. Recommendations for Board Assembly of Infineon Discrete Quad-Flat No-Lead Packages, Infineon
Technologies AG, edition 2018-09-19, Munich, Germany https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-
Board_Assembly_of_Discrete_Quad_Flat_No_Lead_ Packages-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=
5546d462677d0f46016783ff4d1f7edf).
18
60. Roussel P. 2011. SiC Market and Industry Update, Int. SiC Power Electronics Applications Workshop
2011, ISiCPEAW, Kista, Sweden.
61. Rybalka S. B., Kulchenkov E. A., Demidov A. A., Zhemoedov N. A., Drakin A. Yu. 2020. Determination
of dV/dt and dI/dt characteristics for high voltage 4H-SiC Schottky diodes with different types of
metal-polymeric packages. J. Phys.: Conf. Ser. 1679: 022045.
62. Sedykh S. V., Rybalka S. B., Drakin A. Yu., Demidov A. A. et al. 2018. Ti/4H-SiC Schottky diode
breakdown voltage with different thickness of 4H-SiC epitaxial layer. J. Phys.: Conf. Ser., 1124:
071012.
63. Sedykh S. V., Rybalka S. B., Drakin A. Yu., Demidov A. A., Kulchenkov E. A. 2019. Determation
of dV/dt values for domestic SiC Schottky diodes. J. Phys.: Conf. Ser., 1410: 012195.
64. Seokmo Hong , Chang-Seok Lee, Min-Hyun Lee et al. 2020. Ultralow-dielectric-constant amorphous
boron nitride. Nature, 582: 511-514.
65. SiC and GaN, two key segments for the power semiconductor industry, June 23, 2020, Yole, i-
Micronews. https://www.i-micronews.com/sic-and-gan-two-key-segments-for-the-power-semiconductor-
industry/
66. Stepanov S. I., Nikolaev V. I., Bougrov V. E., Romanov A. E. 2016. Gallium oxide: properties and
applications - a review. Reviews on Advanced Materials Science, 44(1): 63-86.
67. Ueda D. 2015. Renovation of power devices by GaN-based materials. Proc. 2015 IEEE International
Electron Devices Meeting (IEDM), 16.4.1–16.4.4, Washington-DC, USA.
68. Wang Guoqing, Huang Zhengxin. SOT-23 (Small Outline Transistor-23) surface mount device
packaging structure. Patent CN, No. CN106711133 (A), 2017.
69. Yole Development. Power GaN 2019: Epitaxy, Devices, Applications and Technology Trends Market
and Technology Report 2019 (https://s3.i- micronews.com/uploads/2019/11/YD19056_Power_GaN_
2019_Epitaxy_Devices_Applications_Technology_Trends_Yole_Nov2019_Sample.pdf)
70. Zhang J. X., Cheng H., Chen Y. Z., Uddin A., Yuan S., Geng S. J., Zhang S. 2005. Growth of AlN
Films on Si(100) and Si(111) Substrates by Reactive Magnetron Sputtering. Surf. Coat. Technol.
198(1-3: 68-73.
71. Zhang Ziyue; Huang Zhengxin, Liu Jiabin. SOT-23 packaging structure. Patent CN, CN203644753
(U), 2014.

Просмотров аннотации: 25

Опубликован

2021-03-29 — Обновлена 2021-03-29

Как цитировать

Демидов, А. А., & Рыбалка, С. Б. (2021). СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ СЛЕДУЮЩЕГО ДЕСЯТИЛЕТИЯ (2020-2030 ГГ.). Прикладная математика & Физика, 53(1), 53-72. извлечено от http://maths-physics-journal.ru/index.php/journal/article/view/54

Выпуск

Раздел

Физика. Математическое моделирование