Научно-технический отчет по лаборатории "Технологии проектирования нитридгаллиевой ЭКБ и функциональных схем" (1 этап)

Объектом исследования являются транзисторы с высокой подвижнотью двумерного электронного газа на основе гетероструктур AIIIN, предназначенные для использования в преобразовательной технике, включая устройства питания мощных лазеров, а также в приемо-передающих модулях для телекоммуникационных систем поколения 5G+. Цель выполнения работ – разработка технологических основ формирования компонентной базы на основе гетероструктур AIIIN для использования в преобразовательной технике, включая устройства питания мощных лазеров, а также в приемо-передающих модулях для телекоммуникационных систем поколения 5G+. Привлечение к научно-техническим работам студентов и аспирантов НИЯУ МИФИ и их профессиональная подготовка в области проектирования ЭКБ на основе новых широкозонных материалов и сложнофункциональных блоков для дальнейшей работы на промышленных и научных предприятиях. В ходе выполнения работ было установлено, что: - параметр шероховатости играет существенную роль в механизмах рассеяния 2DEG при его высокой плотности. Гетерострукутры с наименьшим параметром RMS поверхности, а, следовательно, и с минимальной шероховатостью гетерограницы (ввиду малой толщины барьерного слоя), демонстрируют наилучшую холловскую подвижность носителей, что также подтверждается рядом литературных источников; - гетероструктуры с наилучшими транспортными свойствами (  230 Ом/) могут быть получены в диапазоне температур  748 – 755°C. Причем со стороны высоких температур этот диапазон ожидаемо ограничен увеличением шероховатости гетероструктур, что хорошо согласуется со сведениями о термической стабильности нитрида галлия. Со стороны меньших температур «окно» низкого слоевого сопротивления ограничено ухудшением изоляционных свойств GaN буфера; - максимум электрического поля находится на поверхности cap-слоя GaN под стоковым краем затвора. Именно эта особенность ограничивает сверху диапазон рабочих напряжений и вызывает пробой транзистора через канал; - схема buck-преобразователя с синхронным выпрямлением наиболее перспективна для увеличения общего КПД преобразователя питания мощных импульсных лазерных диодов; - наиболее удачными вариантами конструкции преобразователя напряжения для питания мощных импульсных лазерных диодов являются синхронный buck-преобразователь с активным фильтром колебаний или «сложенный» buck-преобразователь, включаемые после buck-boost- или обратноходового преобразователя. Научная новизна работ заключается в создании комплексного физико-технологического подхода к формированию силовых и мощных СВЧ транзисторов, включающего в себя экспериментально исследованную конструкцию гетероструктуры с заданными электрофизическими характеристиками и оптимизированную численными методами топологию приборов. Эффективность использования нитригаллиевых транзисторов в силовой и преобразовательной технике заключается в снижении потерь при переключении, повышению удельной мощности устройства и снижению массогабаритных характеристик. Прогнозное предположение о развитии объекта исследования. На основе проведенных исследований могут быть реализованы опытно-технологические и опытно-конструкторские работы, направленные на организацию производства транзисторов на основе нитридов III группы. Степень внедрения – результаты НИР могут быть использованы в ООО «НПП «Инжект» в устройствах питания мощных лазеров после проведения соответствующих ОКР.