Jump to content

    
oleg-n

GAN транзистор создание с нуля

Recommended Posts

Товарищи, поделитесь пожалуйста информацией о разработке и производстве GAN транзисторов с нуля.

Какое требуется оборудование ?

Какое финансовое вложение ?

В какой сфере деятельности искать специалистов и с каким опытом ?

Какие нюансы ?

Существуют ли отечественные производители ?

Риски?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Рискну предположить, что  искать нужно технологов с опытом создания GaN транзисторов). Благо, что такие люди еще остались в нашем отечестве. Но всех из можно пересчитать на пальцах одной руки.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Производство с нуля-нуля? Или построст?
С нуля - установки эпитаксиального выращивания. MBE, если не ошибаюсь.
Построст - установки хлорной плазмы. Нужна для травления нитридов и карбида кремния. На последнем обычно выращивают нитриды. Возможно установки резки для разделения пластины на кристаллы. А так остальное оборудование подойдёт от GaAs. Может вжигалка омических контактов, хотя качество самих контактов обычно с большой долей зависит от выращенной структуры. Ну ещё установка электронной литографии, если планируете залазить в ГГц'ы.

 

Конечно, измериловка. Позволяющая измерять большие мощности/токи. Про вольт-фарадные характеристики тоже не забываем (тут ничего сверхъестественного). Снова, если лезете в Гиги, то векторный анализатор цепей (возможно, для только транзисторов хватит двухпортового).

 

По людям то же самое: от ростовиков и до конца), смотря с какого этапа начинать. А так естественно пробовать, экспериментировать (ведь предполагается что непосредсвенных специалистов по GaN не нашли, подойдут и технологи-микроэлектроники по арсениду). Конструктора-разработчики-топологи, тоже ничего отличного нет, только что истоковые отверстия чаще травят непосредсвенно под самим истоком + оптимизация топологии для предотвращения перегрева. Ну и финансировать всё это дело, куда ж без него... 

Светлана-Рост раньше делала гетероструктуры GaN, возможно и транзисторы. В НАН РБ вроде пытаются выращивать. Наверное, здесь вам ещё скажут, что запад ушёл далеко вперёд...
 

Share this post


Link to post
Share on other sites
13 часов назад, K0nstantin сказал:

Производство с нуля-нуля? Или построст?
С нуля - установки эпитаксиального выращивания. MBE, если не ошибаюсь.
Построст - установки хлорной плазмы. Нужна для травления нитридов и карбида кремния. На последнем обычно выращивают нитриды. Возможно установки резки для разделения пластины на кристаллы. А так остальное оборудование подойдёт от GaAs. Может вжигалка омических контактов, хотя качество самих контактов обычно с большой долей зависит от выращенной структуры. Ну ещё установка электронной литографии, если планируете залазить в ГГц'ы.

 

Конечно, измериловка. Позволяющая измерять большие мощности/токи. Про вольт-фарадные характеристики тоже не забываем (тут ничего сверхъестественного). Снова, если лезете в Гиги, то векторный анализатор цепей (возможно, для только транзисторов хватит двухпортового).

 

По людям то же самое: от ростовиков и до конца), смотря с какого этапа начинать. А так естественно пробовать, экспериментировать (ведь предполагается что непосредсвенных специалистов по GaN не нашли, подойдут и технологи-микроэлектроники по арсениду). Конструктора-разработчики-топологи, тоже ничего отличного нет, только что истоковые отверстия чаще травят непосредсвенно под самим истоком + оптимизация топологии для предотвращения перегрева. Ну и финансировать всё это дело, куда ж без него... 

Светлана-Рост раньше делала гетероструктуры GaN, возможно и транзисторы. В НАН РБ вроде пытаются выращивать. Наверное, здесь вам ещё скажут, что запад ушёл далеко вперёд...
 

А что по сути получается что ничего ПУТЕВОГО и конкурентно способного сделать не могут в России  ? А то как залезишь на MAIL.RU  , так там только и пишут про достижения советских деятелей, то одно сделали , то другое, а по сути - одна писанина. 

 

 

Edited by makc
Оффтопик удален

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 часов назад, oleg-n сказал:

А что по сути получается что ничего ПУТЕВОГО и конкурентно способного сделать не могут в России  ? А то как залезишь на MAIL.RU  , так там только и пишут про достижения советских деятелей, то одно сделали , то другое, а по сути - одна писанина. 

Не знаю как по GaN сейчас.
Но верно Вы заметили и это касается многих сфер: часто на бумаге одно, а на деле - другое. Где-то что-то единичное сделать - да. Серию - пот и слёзы с обоих сторон. Возможно, профуканный недостаток финансирования.
На презентациях видишь "Мы разработали такие-то микрухи (производство и дизайнкиты, скажем,  Франция)". Рука из зала: "А как можно купить и опробовать ваши микросхемы?" Ответ: " К сожалению пока такой возможности нет для нашей родной России". Т.к. санкции все дела, особо не вникал в этот момент, не нужно было. Но ребята, ????... Показали кость, подразнили, зачем?

Но дабы защитить и отечественных разработчиков-изготовителей скажу, что зарубежные тоже не без грешка, и не всегда всё гладко у них получается и без лукавства. Речь про серийку.

Edited by makc
Убран оффтопик

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 hours ago, oleg-n said:

Товарищи, поделитесь пожалуйста информацией о разработке и производстве GAN транзисторов с нуля.

С нуля? Начнём с подложки. Для СВЧ GaN в идеале нужен качественный карбид кремния (SiC) нужного политипа и нужной ориентации, и, главное, с малым количеством дефектов. 

В мире фирм, которые производят такие подложки, вроде около 3-х. Стоимость таких подложек даже сейчас десятки-сотни $ за штуку (диаметр 100 мм, может сейчас уже 150 мм научились).

Есть альтернатива - обычный кремний, но высокую плотность мощности на нём не получишь из-за плохой теплопроводности. А проблема перегрева на GaN - одна из самых острых.

Далее требуется на этой подложке вырастить сложную эпитаксиальную структуру с очень тонкими слоями (единицы, десятки нм).

Ну а дальше, как уже правильно сказали, идут постростовые операции.

7 hours ago, oleg-n said:

Какое финансовое вложение ?

Только для постростовых операций требуются минимальные вложения  5 - 10 млн. $. И это при наличии оборудования для кремниевого кристального производства, стоимость которого, в несколько раз превышает указанную сумму.

Тут вообще вопрос в том насколько нужно локализовать процесс. 

7 hours ago, oleg-n said:

В какой сфере деятельности искать специалистов и с каким опытом ?

Какие нюансы ?

Специалистов в сфере технологии микроэлектроники, желательно имеющих опыт работы с A3B5. Нюансов множество, если не покупать готовый импортный техпроцесс, который должны отладить зарубежные специалисты на Вашей технологической линии. 

7 hours ago, oleg-n said:

Существуют ли отечественные производители ?

Риски?

Существует и их количество в последнее время стремительно растёт. В основном все покупают готовые зарубежные эпитаксиальные структуры и пробуют проводить на них постростовые операции. 

А вот теперь о рисках. Отечественные специалисты с большим опытом работы в сфере микроэлектроники на A3B5 даже на постростовых операциях не могут до сих пор получить конкурентно способный продукт. Хотя уже имеются дизайн-киты на отлаженный техпроцесс. Т.е. изделия получаются с характеристиками лабораторных образцов 15-ти летней давности. Так что это Вам не отвёрточное производство организовать. 

Учтите ещё, что технические требования к отечественной элементной базе пишут совершенно некомпетентные инженеры-конструкторы РЭА. Они хотят GaN транзистор с характеристиками лучших зарубежных образцов ЛБВ. Причём этот транзистор должен работать на бешенных частотах и температуре корпуса +100 °С, а лучше 125 °С и иметь при этом КПД до 70% с усилением 30-40 дБ в непрерывном режиме. Когда их просишь показать даже лучшие зарубежные транзисторы или МИС СВЧ с такими характеристиками (даже при температуре корпуса +25 °С), они говорят - мол на то вы и разработчики, чтобы создать такое.

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Мне думается, что в теме GaN важно отделять мух от котлет силовую электронику от СВЧ и от оптоэлектроники тоже.

Предположим, вы хотие выпускать силовые приборы на основе GaN. Я бы начал строить свой процесс с использования зарубежных подложек (т.е. GaN на сапфире или на карбиде кремния) и сфокусировался на технологии изготовления устройств: травление, легирование, метализация, литография, разварка, корпусирование. Все перечисленные шаги актуальны и для кремниевых устройств, как правильно выше заметили. Кстати, для дискретных устройств нужна обычная i-line фотолитография, это же касается и СВЧ приборов (коллега выше зря упомянул электронную литографию). Ну и тестирование само собой. За скобками остается инфраструктура (чистые помещения), реактивы и газы. Когда этот процесс наладите с нужным выходом годных устройств, можно "поимпортозамещать" и исходный материал, благо в РФ ростом таких пленок занимаются. Некоторые из перечисленных шагов можно отдать на аутсорс, например, установка в корпуса и разварка (на первых порах для тестов брать копеечные корпуса типа DIP и т.п.).

 

Вдогонку: тема с нитридом на кремнии, как сейчас говорят, хайповая, включая еще более экзотический вариант - нитрид галлия на КНИ (GaN on SOI), где можно достичь бОльшей изоляции отдельных компонентов системы на едином кристалле, в отличие от обычного GaN on Si. Некоторые даже предлагают ИС в такой монолитной конфигурации.

Schematic cross-section of the e-mode p-GaN HEMTs

 

P.S. Если уж рассуждать о судьбах Родины... Создается впечатление, что в российском полупроводниковом сообществе недооценивают важность силовых приборов, акцентируя внимание лишь на нанометрах. Речь даже просто о мощных кремниевых транзисторах и диодах для импульсных преобразователей - ведь это относительно несложные устройства (не чипы для 5G), а спрос большой и он будет расти.


 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Почему зря упомянули электронную литографию? Опять же мы не знаем исходных данных, возможно, это общий вопрос. Может, поставили такую задачу (в лоб любят у нас глобальные задачи). Может, вообще шпион, прощупывающий состояние дел. И в на сколько глубокое СВЧ планируется залазить, не известно, там могут понадобиться и более короткие длины затворов <150-200нм. Не уверен, что такую длину можно получить оптикой. Исхожу из того, что подфорум RF and Microwave.

Коли упомянули общее оборудование вообще для микроэлектроники, то сюда ещё можно накидать установки изготовления фотошаблонов. Но это тоже можно отдать на аутсорс, как другие процессы, описанные выше. Вопрос в том, насколько независимое производство и разработку планируется создавать. Степень независимости пропорционально денежным вложениям. Люди на литографию/шаблоны: химики. Про установки нанесение диэлектриков тоже не забываем, здесь тоже ничего особенного.

Сразу пытаться делать всё, навряд ли рациональное решение. Здесь скорее важно постепенное вытеснение внешнего изготовления. Наверное, на первых парах опробовать возможности других производств, полностью отдав изготовление разработанных VT на внешку. Про измерения не забываем. Здесь где-то можно подключить сборку-корпусирование, а можно оставить на потом. Обычно в ходу уже корпусированные устройства. Потом самим делать хотя бы литографические операции, и нанесения тонких плёнок. Затем травление отверстий. Выращиванием гетероструктур в последнюю очередь я бы занялся. Лет 5, на мой взгляд, запросто, если не переманить всех спецов с других предприятий.
А там уже можно и законченные микросхемы делать, докупить только установку напыления резистивных материалов :)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Добрый день!

1. Отечественный производитель GaN кристаллов существует, это Светлана-Рост. Можно и в виде кристалла в корпусе. Причём это не иностранный кристалл в отечественном корпусе, выдаваемый за отечественное, как делают некоторые.

2. Денег на организацию производства с нуля нужно не прилично много, не меньше 10-15 млдр. рублей. Помимо денег нужно время и организованная команда, которая будет понимать ради чего она будет работать. А это минимум 5-10 лет. За это время буржуи еще дальше уйдут...

3. Главный риск - это внутренняя потребность в конечных изделиях. Она в РФ крайне мала.

4. Нужно понимать, чтобы цена итогового транзистора была как на западе, нужны огромные субсидии в виде поддержки государства производства, плюс широкий рынок сбыта. Ни первого, ни второго у нас нет. На западе, в Китае вливаются огромные деньги в развитие ТЕХНОЛОГИЙ! У нас это все остается в виде пустого сотрясения воздуха.

SVC0101_GaN транзистор 3,5мм [ПРОЕКТ] v.1.3.pdf

Share this post


Link to post
Share on other sites

Oleg-n, какое направление нитридных транзисторов вас интересует: силовое или СВЧ? Что вы понимаете под транзистором: кристалл или корпусированный прибор?

В России есть компании выпускающие транзисторы для СВЧ и в виде корпусированных приборов, и в виде кристаллов, про силовую электронику не знаю. Опять же вопрос что вы понимаете под выпускаемым в России: производимое на территории России или ещё и на российских установках и с использованием только российских материалов? Если последнее, то таких нет и в ближайшее время не будет, поскольку слишком много задействованных отраслей. На мой взгляд две компании (некоторые из сотрудников и бывших сотрудников присутствуют в обсуждении) которые в разной степени и с разным подходом преуспели в этом направлении это НИИЭТ и Светлана-Рост. 

Если вы говорите про транзисторы, а не про прототипы транзисторов, то помимо разработки технологи, про которую выше сказали, её стабилизации, дизайна устройства и так далее, нужно задуматься о испытаниях. Вливание ресурсов (скорее временных, но и денежных тоже) в это направление необходимо большое, но безусловно все зависит от того что и с чем сравнивать.

 

PS боль mepavel про требования к транзисторам чувствую прямо через компьютер

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 minutes ago, oleg_uzh said:

нужны огромные субсидии в виде поддержки государства производства

В США недавно NXP построили новейшую фабрику для GaN устройств на 150мм пластинах

https://www.eetimes.com/nxp-opens-new-150mm-gan-fab-in-arizona-to-support-5g-growth/

Если говорить о спросе, то касательно силовых транзисторов он должен быть и будет только расти, было бы предложение. 5-10 млрд руб, это наверное перебор, но смотря о чём речь. Если начинать пошагово, т.е. часть материалов импортировать, а часть работ отдавать на аутсорс, то ценник будет заметно меньше.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 minutes ago, alexunder said:

В США недавно NXP построили новейшую фабрику для GaN устройств на 150мм пластинах

https://www.eetimes.com/nxp-opens-new-150mm-gan-fab-in-arizona-to-support-5g-growth/

Если говорить о спросе, то касательно силовых транзисторов он должен быть и будет только расти, было бы предложение. 5-10 млрд руб, это наверное перебор, но смотря о чём речь. Если начинать пошагово, т.е. часть материалов импортировать, а часть работ отдавать на аутсорс, то ценник будет заметно меньше.

 

Без выхода на мировой рынок со спросом большие вопросы. Есть условный зарубежный производитель, а есть российский. Зарубежный на этом поле уже впереди с технической точки зрения и рынок сбыта это половина, если не целый, мир. Соответственно производить он может и должен больше, закупать материалов может и должен больше, а соответственно и цена при массовом производстве ниже.

Российский производитель технически отстаёт, а рынок маленький. Да, теоретически рынок большой, все хотят покупать, но при равных, а то и лучших параметрах приборов и более выгодной цене. Производству не вырасти, не начав продавать, а покупатели не будут покупать, потому что у конкурентов цена ниже. 

 

Как правильно сказал oleg_uzh без государственных вливаний никуда. И так во всем мире. Нет стартапов с маленькой домашней MOCVD машиной и детским литографом для проб и ошибок. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
17 minutes ago, semigas said:

Как правильно сказал oleg_uzh без государственных вливаний никуда. И так во всем мире.

Да, я и не спорю с @oleg_uzh, наоборот, полностью солидарен. В том-то и дело, что во всем мире обсуждаемая тема по сути развивается в рамках плановой экономики с вливанием государственных ресурсов. Возможно, скажу очевидное, но даже учитывая отставание РФ от остальных, вливать нужно и как можно раньше, чтобы полного цикла была in-house.

17 minutes ago, semigas said:

Нет стартапов с маленькой домашней MOCVD машиной и детским литографом для проб и ошибок. 

Хехе )) Да, стартаперство в микроэлектронике не работает.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.