Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik sensorowych (InTechFun).

Anna Piotrowska 1Patrycja Mihalovits 1Eliana Kamińska 1Michał A. Borysiewicz 1Marek Guziewicz 1Marek Ekielski 1Marcin Juchniewicz 1Katarzyna Korwin-Mikke 1Andrzej Taube 1Renata Kruszka 1Iwona Pasternak 1Krystyna Gołaszewska 1Adam Barcz 1Andrzej Czerwiński 1Marek Wzorek 1Tomasz Gutt 1Henryk Przewłocki 1Grzegorz Zaremba 1Piotr Boguslawski 2Oksana Volnianska 2Zbigniew R. Zytkiewicz 2Elżbieta Dynowska 2Maciej Sawicki 2Włodzimierz Nakwaski 3Andrzej Brozi 3Tadeusz Pustelny 4Bogusława Adamowicz 4Marcin Miczek 4Jan Szmidt 5Mariusz Sochacki 5Michał Borecki 5

1. Institute of Electron Technology (ITE), al. Lotników 32/46, Warszawa 02-668, Poland
2. Polish Academy of Sciences, Institute of Physics, al. Lotników 32/46, Warszawa 02-668, Poland
3. Technical University of Łódź, Łódź, Poland
4. Silesian University of Technology, Gliwice 44-100, Poland
5. Warsaw University of Technology, Koszykowa 75, Warsaw 00-662, Poland

Abstract

Celem projektu jest opracowanie innowacyjnych rozwiązań technologicznych i konstrukcyjnych, i w oparciu i nie - nowych przyrządów i podzespołów z półprzewodników szerokoprzerwowych ZnO, azotków grupy III i SiC. Prace B+R obejmują następujące główne zadania: (1) domieszkowanie ZnO na typ p i wytwarzanie złącz p-n; (2) wzrost epitaksjalny struktur GaN/AlGaN na podłożach Si; (3) wytwarzanie kryształów fotonicznych z GaN i ZnO; (4) wytwarzanie złącz metal/półprzewodnik o zadanych, specyficznych własnościach elektrycznych i optycznych (kontakty omowe, bariery Schottky'ego, przezroczyste kontakty), odpornych na działania wysokich temperatur; oraz (5) wytwarzanie złącz półprzewodnik/dielektryk o zadanych specyficznych własnościach elektrycznych (dielektryk podbramkowy, pasywacja powierzchni). Innowacyjne technologie i nowe rozwiązania, konstrukcje są opracowywane w połączeniu z modelowaniem i wszechstronną charakteryzacją materiałów i struktur. Procesy technologiczne będą integrowane w moduły technologiczne, a ich efektywność zostanie zweryfikowana w określonych modelowych przyrządach elektronicznych i fotonicznych oraz sensorach. Przyrządami demonstracyjnymi będą: (1) Tranzystory HEMT z AlGaN/GaN na podłożu Si, (2) Tranzystory MESFET i MOSFET z SiC, (3) Diody elektroluminescencyjne 385 nm z ZnO, (4) Diody elektroluminescencyjne UV z AlGaN/GaN z wbudowanym kryształem fotonicznym, oraz (5) Optoelektroniczne sensory gazów na bazie ZnO i GaN. Końcowym wynikiem projektu mają więc być nie tylko modelowe przyrządy półprzewodnikowe, ale również budowa interdyscyplinarnej platformy naukowo-badawczej demonstrującej innowacyjność i konkurencyjność opracowywanych rozwiązań technologicznych, tak w skali czasowej projektu (w postaci demonstratorów projektu) jak też w skali długoczasowej (minimum 5 lat po ukończeniu projektu). Projekt realizowany jest przez Konsorcjum InTechFun w składzie: 1. Instytut Technologii Elektronowej w Warszawie, koordynator projektu:
    1.1. Zakład Mikro- i Nanotechnologii Półprzewodników Szerokoprzerwowych.
    1.2. Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych.
    1.3. Zakład Charakteryzacji Struktur Nanoelektronicznych.
    1.4. Zakład Analizy Nanostruktur Półprzewodnikowych.
    1.5. Zakład Technologii Mikrosystemów i Nanostruktur Krzemowych. 2. Instytut Fizyki PAN:         2.1. Środowiskowe Laboratorium Fizyki i Wzrostu Kryształów Niskowymiarowych.      
    2.2. Środowiskowe Laboratorium Kriogeniki i Spintroniki.         2.3. Zespół Epitaksji z Wiązek Molekularnych Oddziału Spektroskopii Ciała Stałego.       
    2.4. Środowiskowe Laboratorium Badań Rentgenowskich i Elektronomikroskopowych.
3. Politechnika Warszawska:         3.1. Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW.
    3.2. Zakład Techniki Mikrofalowej i Radiolokacji Instytutu Radioelektroniki PW.
4. Politechnika Śląska:        4.1. Instytut Fizyki PŚl:                4.1.1. Zakład Optoelektroniki.
    4.1.2. Zakład Fizyki Stosowanej.         4.2. Instytut Elektroniki PŚl:
    4.2.1. Zakład Mikroelektroniki i Biotechnologii. 5. Politechnika Łódzka:
    5.1. Wydział Fizyki, Matematyki Stosowanej i  Informatyki PŁ.
6. Wojskowa Akademia Techniczna:         6.1. Instytut Optoelektroniki WAT. Arenę działań B+R Projektu InTechFun ilustruje rys. 1. W jego górnej części, na planie wielokolorowego półkola zaprezentowano cztery główne obszary aktywności badawczo-rozwojowej. W najbardziej wewnętrznym fragmencie wyszczególniono bazowe materiały półprzewodnikowe będące przedmiotem projektu. W części środkowej - metody wytwarzania opracowywanych planarnych struktur półprzewodnikowych, metalicznych i dielektrycznych oraz wytwarzania funkcjonalnych struktur 3D z tych materiałów. Opracowane procesy, tzw. moduły technologiczne, integrowane w odpowiednią sekwencję operacji, będą punktem wyjścia dla ustalenia ciągu technologicznego wytwarzania przyrządów dyskretnych oraz zintegrowanych układów i podzespołów wykorzystujących półprzewodniki szerokoprzerwowe. Wyspecjalizowaną grupę tzw. demonstratorów projektu - opracowań naukowych będących podstawą do industrializacji gotowych produktów wyszczególniono w trzeciej części półkola, a w najbardziej zewnętrznej - proponowane nowatorskie aplikacje. Na obraz przyjętej strategii badawczej składają się ponadto sprzężone z badaniami technologicznymi i konstrukcyjnymi prace nad modelowaniem i charakteryzacją właściwości nowych materiałów i struktur funkcjonalnych prowadzone z użyciem specjalistycznych narzędzi do projektowania i zaawansowanych technik charakteryzacji strukturalnej, elektrycznej, optycznej i elektrooptycznej, wyszczególnione w dolnej części rys. 1. Rys. 1. Arena działań B+R Projektu InTechFun.


Z szerokiej grupy szerokoprzerwowych związków półprzewodnikowych do zastosowań praktycznych wybrano trzy grupy materiałowe: ZnO i półprzewodniki pokrewne, GaN i materiały pokrewne oraz SiC. Prace Projektu koncentrują się na opracowaniu najbardziej krytycznych elementów technologii wytwarzania przyrządów półprzewodnikowych wykonywanych w oparciu o te materiały: domieszkowaniu na typ p, wytwarzaniu warstw buforowych dla heteroepitaksji MBE, stabilnych termicznie systemach metalizacji dla technologii kontaktów omowych i montażu typu flip-chip.warstwach izolacyjnych o dużej stałej dielektrycznej dla celów bramki sterującej i powłok pasywacyjnych, oraz procesach strukturyzacji 3D. Struktury planarne na bazie ZnO dla DEL 385 nm oraz dla fotonicznych czujników gazu wytwarzane będą przy użyciu technik wysokopróżniowego wysokotemperaturowego reaktywnego rozpylania katodowego, zaś struktury tranzystorowe HEMT AlGaN/ GaN techniką wzrostu epitaksjalnego MBE. W części dotyczącej przyrządów półprzewodnikowych z SiC bazować będziemy na materiałach komercyjnych - opracowanych w ramach PBZ-SiC lub oferowanych przez wytwórców światowych. To samo podejście przyjmujemy w odniesieniu do struktur DEL na bazie GaN - planujemy wykonanie na zamówienie zaprojektowanych struktur planarnych, a następnie poddanie ich opracowanym w projekcie operacjom strukturyzacji i funkcjonalizacji oraz testom funkcjonalnym i niezawodnościowym. Infrastruktura badawcza wykorzystywana przy realizacji projektu: Rys. 2. Laboratorium technologiczne. Rys. 3. Urządzenie do osadzania cienkich warstw metodą PVD-MS, Gamma 1000 Surrey System. Rys. 4. Uniwersalne urządzenie do osadzania cienkich warstw metodą magnetronowego rozpylania katodowego i z działa elektronowego L560. Rys. 5. Litografia laserowa System Heidelberg Instruments DWL 66 FS. Rys. 6. Urządzenie do nanostemplowania System (NIL) - Eitre 3 Obducat. Rys. 7. Plasma Lab System 100 ICP/RIE. Rys. 8. Piec do wygrzewania impulsowego RTP Mattson 100. Rys. 9. Urządzenie do wytwarzania struktur niskowymiarowych techniką osadzania warstw atomowych ALD. Rys. 10. Reaktor do osadzania warstw dielektrycznych PECVD. Rys. 11.  Mikroskop ze skanująca sondą SPM Innova AFM. Rys.12. Urządzenie do spektroskopii masowej jonów wtórnych SIMS. Rys.13. Skaningowy mikroskop elektronowy SEM. Rys. 14. Wysokorozdzielczy elektronowy mikroskop transmisyjny HRTEM. Rys. 15. Urządzenie do trawienia wiązką jonową FIB. Rys. 16. Spektroskop Ramana. Harmonogram prac projektu składa się z dwóch pakietów zadaniowych ogólnych związanych z zarządzaniem projektem i upowszechnianiem wyników projektu (PZ0 i PZ6), pięciu pakietów związanych z realizacją zadań badawczych (PZ1-PZ5) oraz pakietu inwestycyjnego (PZ7). Schemat blokowy zaplanowanych w projekcie prac, zgrupowanych w podstawowe pakiety zadaniowe przedstawiono na rys. 17. Rys. 17. Schemat blokowy prac zaplanowanych w projekcie. Jednym z priorytetowych celów projektu InTechFun jest nawiązywanie kontaktów z innymi zespołami badawczymi oraz przedsiębiorstwami inwestującymi w nanotechnologię. PODZIĘKOWANIA Praca została sfinansowana z projektu w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka POIG.01.03.01-00-159/08 InTechFun.

 

Related papers
  1. Pol-HEMT: AlGaN/GaN microwave HEMT transistors on monocrystalline GaN substrates
  2. InTechFun: Innovative technologies of multifunctional materials and structures for nanoelectronics, photonics, spintronics and sensor techniques
  3. Growth and properties of inclined GaN nanowires on Si(001) substrates by PAMBE
  4. Optimization of nitrogen plasma source parameters for growth of GaN by MBE
  5. Mechanism of in-plane orientation of GaN self-induced nanowires grown on Si(111) substrates 
  6. Bulk GaAs growth by Contactless Liquid Phase Electroepitaxy
  7. Impact of substrate microstructure on self-induced nucleation and properties of GaN nanowires grown by plasma-assisted MBE
  8. Modelling of X-Ray diffraction curves for GaN nanowires on Si(111)
  9. Measurements of strain in AlGaN/GaN HEMT structures grown by plasma assisted molecular beam epitaxy
  10. MBE growth of GaN nanowires on Si(111) substrates for gas sensor applications 
  11. Influence of substrate on crystallographic quality of AlGaN/GaN HEMT structures grown by MBE
  12. Investigation of strain and lattice parameters distribution in epitaxial laterally overgrown InGaN/GaN structures 
  13. Transparent p-type ZnO obtained by Ag doping
  14. Liquid phase growth and characterization of laterally overgrown GaSb epitaxial layers
  15. Distribution of strain in laterally overgrown GaAs layers determined by x-ray diffraction
  16. Thermal properties of the 650-nm GaInP/AlGaInP quantum-well GaAs-based vertical-cavity surface-emitting diode lasers
  17. Modelling guidelines for VCSEL designing
  18. Magnetism of CaAs and CaP half-metals
  19. Structural stability and formation of MnAs inclusions in (Ga,Mn)As
  20. Structural properties of MnTe, ZnTe, and ZnO, and phase stability of MnxZn1-xTe alloy
  21. Structure modifications in materials irradiated by ultra-short pulses of VUV free electron laser
  22. Novel substrates for heteroepitaxy by lateral overgrowth technology

Presentation: Poster at Nanotechnologia PL, by Patrycja Mihalovits
See On-line Journal of Nanotechnologia PL

Submitted: 2010-08-24 22:05
Revised:   2010-08-25 09:22