В России выращен монокристалл карбида методом высокотемпературной сублимации

В Саранске завершились приемо-сдаточные испытания инженерных систем и технологического оборудования Лаборатории объемного синтеза монокристаллов карбида кремния в МГУ им. Н. П. Огарева, расположенной на территории АУ «Технопарк Мордовия». В рамках проведения испытаний впервые в России был выращен монокристалл карбида кремния 4Н политипа (4Н-SiC) диаметром 100 мм (4”) методом высокотемпературной сублимации с использованием индукционного нагрева, а также монокристалл кремния (Si) диаметром около 100 мм и длиной 180 мм (цилиндрическая часть).

Карбид кремния — перспективный материал для создания мощных полупроводниковых приборов. В сравнении с кремнием его отличают:

• высокое электрическое напряжение пробоя (в 10 раз больше, чем у кремния);
• высокая плотность электрического тока (в 5 раз больше, чем у кремния);
• высокая теплопроводность (в 3 раза больше, чем у кремния);
• высокие допустимые рабочие температуры (до 600 °C);
• устойчивость к воздействию радиации.

Из всех политипов в микроэлектронике наиболее привлекательным является именно 4h-SiC, имеющий ширину запрещенной зоны 3,23 эВ.

В настоящее время в России отсутствует серийное производство полупроводниковых приборов силовой электроники на основе карбида кремния. Хотя нужно отметить, что основу развития данного направления заложили еще советские ученые. В 1970-х годах в ЛЭТИ под руководством профессора Юрия Таирова была создана уникальная технология, которая позволила вырастить объемные цилиндрические були карбида кремния однородной структуры. Опытное производство по данной технологии в 1980-х годах наладили на Подольском химико-металлургическом заводе, но в 1987-м проект был свернут по решению сверху. В то же время в США по аналогичной технологии получил развитие стартап Cree.

В рамках реализации проекта Лаборатории объемного синтеза монокристаллов карбида кремния в МГУ им. Н. П. Огарева инжиниринговая компания «ЭлТех СПб» осуществила весь комплекс проектных и строительно-монтажных работ, поставку технологического и инженерного оборудования, проведение пусконаладочных работ и обучение персонала лаборатории. Также специалисты «ЭлТех СПб» проработали технологический маршрут объемного роста монокристалла карбида кремния, определили приоритетных технологических партнеров, в кооперации с одним из западных партнеров разработали графитовую ростовую ячейку и установили параметры процесса. Были проведены первые циклы роста, который подтвердил правильность выбранных решений.

На сегодняшний день Лаборатория оснащена двумя установками baSiC-T немецкой компании PVA TePla, позволяющими осуществлять объемный рост карбида кремния 4Н политипа методом высокотемпературной сублимации c использованием индукционного нагрева на затравках размером до 6”. Также лаборатория укомплектована установкой CGS-Lab фирмы PVA TePla для объемного роста монокристаллов кремния и германия методом Чохральского с применением резистивного нагревателя. На данной установке был выращен монокристалл кремния диаметром около 100 мм и длиной 180 мм.

Лаборатория объемного синтеза монокристаллов карбида кремния МГУ им. Н. П. Огарева является важным звеном в развитии кластера силовой электроники в Мордовии, включающего также Центр Нанотехнологий и Наноматериалов (ЦНН) и ОАО «Электровыпрямитель».

Освоение промышленного производства приборов силовой электроники на основе карбида кремния позволит обеспечить потребности оборонного комплекса и гражданского сектора России в мощных современных высоковольтных электронных устройствах и решить стратегическую задачу импортозамещения в данном сегменте.