Нитрид галлия — важнейший материал для передовой электроники, в частности, для современных систем вооружения. Он в тысячу раз превосходит кремний по электропроводности, но из-за дефектов своей структуры не может работать с максимальной производительностью. Команда исследователей из КНР выяснила, в чем основная причина дефектов и как можно увеличить производительность полупроводников, изготовленных из этого материала.
Нитрид галлия, полупроводниковый материал третьего поколения, широко применяется в зарядных устройствах, базовых станциях мобильной связи, радиолокационных системах, военной связи и аэрокосмической отрасли. Китай контролирует 98 % мировых запасов галлия, и Пекин недавно запретил экспорт этого материала в США, усложнив для Пентагона приобретение чипов на нитриде галлия. Разработка технологии производства недорогих и эффективных полупроводников GaN — это задача первостепенной важности для КНР.
Сегодня в производстве GaN обычно используют подложки из кремния и сапфира, но этот процесс создает отклонения в кристаллических структурах — так называемые дислокационные дефекты — которые ведут к потере производительности устройств на основе нитрида галлия. Группа специалистов из Пекинского университета установила, что проблема коренится в гексагональной атомной структуре GaN, которая отличается от кубической структуры кремния. Дефекты кремния промышленность уже научилась предотвращать, тогда как дефекты GaN до сих пор оставались непонятными.
Теперь же такой способ есть. Как выяснилось в ходе анализа дефектов на атомном уровне, управлять ими можно путем «настройки уровня Ферми», или регулирования энергетических уровней электронов), сообщает SCMP.
«Традиционные стратегии предотвращения дефектов включают использование различных подложек и регулировку температуры кристаллизации, но эти подходы устраняют только симптомы, а не причину», — сказал профессор Бин Хуан из Пекинского научно-исследовательского центра вычислительной техники.
Если результаты исследования окажутся точными, это станет значительным шагом на пути к повышению эффективности и снижению стоимости полупроводников на основе GaN. Массовое производство высококачественных чипов из нитрида галлия позволит Китаю укрепить свое лидерство в полупроводниковых технологиях, особенно в военной технике и мобильной связи 5G.
