Главная – Журналы – Поиск по журналам

Представлен структурный анализ энергопотребления по отраслям промышленности и отдельным типам потребителей. Исходя из прогноза развития энергетических мощностей России и мировых тенденций развития силовой электроники показано, что реализация энергосберегающих технологий с использованием средств силовой электроники позволяет получить значительную экономию электроэнергии и снизить ее дефицит. С учетом структуры потребителей по отраслям и специфики необходимых средств силовой электроники оценена предельная емкость рынка России в денежном выражении как по устройствам и системам силовой электроники, так и по применяемым в них полупроводниковым приборам.

Рассмотрены основные требования к свойствам высокоомных рабочих слоев многослойных структур, используемых при изготовлении полевых высоковольтных транзисторов, тиристоров и IGBT-приборов - наиболее распространенных типов мощных высоковольтных дискретных приборов. Экспериментально установлено, как может влиять неоднородность толщины и удельного сопротивления высокоомного рабочего слоя на параметры мощных МДП-транзисторов. Проанализирована целесообразность применения при производстве силовых приборов с U_проб > 800 В двух- и трехслойных структур, формируемых методом прямого соединения кремниевых пластин с использованием для изготовления рабочего высокоомного слоя нейтронно-легированного кремния, выращенного методом бестигельной зонной плавки (FZ-Si). Продемонстрировано, что альтернативой FZ-Si может быть кремний, выращенный методом Чохральского в магнитных полях (CZМ) с содержанием кислорода < (4-5)*10¹⁷ см^-3.

Методом Виккерса в интервале температур 20-1400 °С измерена твердость монокристаллов 6H-SiC, GaN и AlN при нагрузке 0.5-5 Н. Установлено, что при комнатной температуре средняя твердость SiC, GaN и AlN (0001) составляет 25, 11 и 18 ГПа соответственно. При повышенной температуре твердость SiC, GaN и AlN больше, чем для Si, GaAs и ZnS. Установлена высокая механическая стабильность этих полупроводников.

Пленки карбонитрида кремния синтезированы методом газофазного химического осаждения в схеме с удаленной плазмой. В качестве исходных реагентов использованы силильные производные 1,1-диметилгидразина: диметил(2,2-диметилгидразино)силан и диметил-бис-(2,2-диметилгидразино)силан. В молекулах этих мономеров содержатся связи Si-N, Si-С и C-N, необходимые для формирования карбонитрида кремния. По данным РФЭС и ИК-спектроскопии установлено, что синтезированные пленки представляют собой различные типы соединений-композитов, в которых атом кремния связан с атомами азота и углерода, либо атом азота образует химические связи с кремнием и углеродом. Пленки, синтезированные при Т < 673 K, частично гидрированы. Электронно-микроскопические исследования показали, что в аморфной матрице пленок образуются нанокристаллы размером 50-200 нм. Методом дифракции синхротронного излучения обнаружено, что возникновение кристаллов, а также их кристаллические формы не зависят от температуры подложки. Это дает основание полагать, что образование нанокристаллов может происходить в газовой фазе, либо инициироваться напряжениями в пленке, увеличивающимися по мере роста ее толщины. Пленки обладают высокой термической стабильностью вплоть до температуры 1273 K.

Cинтезированы пленки нового тройного соединения - карбонитрида кремния - плазмохимическим осаждением с использованием гексаметилдисилазана Si₂NH(CH₃)₆ в качестве исходного вещества. Для изучения их физико-химических свойств применены различные методы исследования: ИК- и КР-спектроскопия, РФЭС, эллипсометрия, электронная микроскопия, включая методы высокого разрешения (HRTEM, SAED). Усовершенствованы методы РФА с использованием синхротронного излучения для определения структуры и фазового состава тонких пленок. Установлено, что пленки карбонитрида кремния содержат нанокристаллы, распределенные в аморфной матрице, размером 2-5 нм.

Исследованы физико-химические превращения, происходящие в тонких нанокристаллических слоях карбонитрида кремния в результате термического отжига в вакууме при температуре 1173 K. Для изучения этих физико-химических превращений были применены методы ИК-, КР-спектроскопии, РФЭС, эллипсометрии и рентгеноструктурного анализа с использованием синхротронного излучения. Установлено, что высокотемпературный отжиг пленок карбонитрида кремния способствует уменьшению аморфной составляющей пленки, увеличению плотности и размеров входящих в их состав нанокристаллов.

Представлены результаты работ по совершенствованию технологии получения НТЛ-кремния, в том числе по оптимизации режима отжига, с целью увеличения минимального времени жизни неосновных носителей заряда от фактически имевших место значений в диапазоне 100-200 мкс до 200-400 мкс при удельном сопротивлении около 50 Ом^.см. Разработанные в результате проведенных исследований режимы позволили существенно сократить длительность термообработки, необходимой для отжига радиационных дефектов, и, как следствие, повысить время жизни неосновных носителей заряда. Проведен анализ результатов получения НТЛ-кремния, выращенного из исходного поликристаллического кремния разных фирм-производителей, позволяющий сделать вывод о том, что дальнейшие пути повышения времени жизни неосновных носителей заряда в НТЛ-кремнии связаны главным образом с совершенствованием технологии получения исходного материала.

Исследованы свойства интерфейса в изотипных структурах, формировавшихся методом твердофазного сращивания пластин кремния одного типа проводимости, в зависимости от технологии сращивания. Для выявления роли кислорода в электрических свойствах интерфейса проводилось сращивание пластин как покрытых естественным оксидом (толщиной не более 1-2 нм), так и специально окисленных (с толщиной оксида кремния до 20 нм). Исследование бикристаллов, сращенных после соединения на воз-духе или в деионизованной воде, показало, что электрическая активность интерфейса в этом случае определяется главным образом степенью его обогащения кислородом и загрязнением поверхностей сращиваемых пластин акцепторными примесями (предположительно алюминия). Электрическая активность бескислородного интерфейса в структурах, получаемых соединением ионно-травленных пластин и отжигом в вакууме, зависит прежде всего от рассогласования кристаллических решеток сращиваемых пластин. Свойства ТФС-структур с захороненным оксидным слоем, получаемых при сращивании кремниевых пластин n-типа проводимости, определяются загрязнением акцепторной примесью интерфейса сращивания.

Силовые полупроводниковые приборы широко используются в мощных импульсных устройствах. Первой целью в развитии приборов является получение высоких значений параметра di/dt, таких как у искровых разрядников, а именно: 10¹² A/с. Мы провели изучение характеристик включения СИ-тиристоров для быстрых высоковольтных импульсных генераторов. СИ-тиристоры имеют структуру с захороненным затвором, в которой электроды затвора расположены в области n-базы. Поскольку СИ-тиристоры нормально включенные, на электроды затвора должно быть подано отрицательное смещение, чтобы поддерживать выключенное состояние. СИ-тиристоры во включенном состоянии ведут себя подобно pin-диодам. Мы охарактеризовали три типа СИ-тиристоров, два из которых были использованы в устройствах силовой электроники с номинальным напряжением 4000 В. Прибор, обозначенный как RT201, был разработан для мощных импульсных применений. Разница между ними заключается в структуре прибора вблизи анода. Для того чтобы улучшить характеристики выключения при использовании приборов в силовой электронике, обычно используются структуры с проницаемым затвором и короткозамкнутым анодом. Прибор RT201 с номинальным напряжением 5500 В имеет структуру с проницаемым затвором и не является прибором с короткозамкнутым анодом. Скорость включения в основном определяется скоростью инжекции носителей в область n-базы. Поэтому качество цепи управления затвором влияет на быстроту включения. При использовании вновь разработанного сильноточного драйвера затвора получено наиболее быстрое включение прибора RT201 с Tf = 35 нс и di/dt = 9.5*10¹⁰ A/с. Для того чтобы охарактеризовать работу в режиме повторений и при более высоком напряжении, мы сделали составную переключающую ячейку на СИ-тиристорах. Ячейка состояла из трех тиристоров, каждый из которых имел драйвер затвора. Переключающая ячейка успешно функционировала на частоте повторения 2 кГц на 10 кВ.

Приводится информация о современном состоянии и перспективах производства приборов силовой электроники (ПСЭ) на ОАО "Электровыпрямитель". Показано, что разработка и освоение в серийном производстве на ОАО "Электровыпрямитель" всех современных классов ПСЭ, производившихся ранее в СССР, а также качественно новых видов продукции - мощных высоковольтных полупроводниковых приборов, созданных на основе широкого внедрения достижений науки и техники - позволили добиться высоких производственных результатов, решить важнейшую народнохозяйственную задачу по обеспечению всех отраслей народного хозяйства Российской Федерации современными классами надежных и высокоэффективных отечественных полупроводниковых приборов, в том числе для энерго- и ресурсо-сберегающих технологий, современных систем вооружений, электрифицированного транспорта, коммунального хозяйства, и исключить импортозависимость, что является важной составляющей сохранения национальной безопасности и экономической независимости России.