2 - Akademos - Academia de Ştiinţe a Moldovei

AkademosNOI TEHNOLOGII DENANOSTRUCTURAREA MATERIALELORSEMICONDUCTOAREPENTRU DISPOZITIVEELECTRONICEDr. Veaceslav POPA,Olesea VOLCIUC, colaborator ştiinţifi c,Centrul Naţional de Studiu şiTestare a Materialelor,Universitatea Tehnică a MoldoveiNEW TECHNOLOGIES FOR SEMICON-DUCTORS NANOSTRUCTURING FOR ELEC-TRONIC DEVICESThe article present the current level of performancein semiconductor technologies, in particular in thoserelated to GaN processing. The advantages of GaN incomparison with classical semiconductors are evaluatedby means of coefficient of merit. A novel masklesstechnology for GaN meso- and nanostructuring is demonstratedand possibilities for applications are discussed.Industria dispozitivelor semiconductoare aprogresat rapid în ultimele decenii, astfel că de laapariţia primului tranzistor pe germaniu în 1947 şipână la circuitele integrate complexe, în care dimensiunileelementelor coboară până la 100 nm, autrecut doar câteva decenii. Acest progres uimitor sedatorează dezvoltării tehnologiei de creştere şi procesarea siliciului care până în prezent ocupă maimult de jumătate din întreaga ramură a industriei semiconductoare.Totuşi, limitele tehnologice în ceeace priveşte dimensiunile (teoretic – 30 nm pentrutranzistori) şi proprietăţile electrofizice ale acestuisemiconductor au determinat savanţii din domeniusă găsească alternative materialului respectiv.Datorită potenţialului aplicativ şi proprietăţilorsale superioare faţă de siliciu, ţinta unui studiuprofund au devenit, mai cu seamă, semiconductoriigrupei III-V. Ca rezultat, dispozitive optoelectronice,senzori, tranzistori de putere şi frecvenţe înalteau fost elaborate şi implementate în baza arsenuriide galiu (GaAs) [1], fosfurii de indiu (InP) [2], nitruriide galiu (GaN) [3], carburii de siliciu (SiC) [4]şi soluţiilor solide ale acestora. Totuşi, cheltuielilemari legate de procesare şi preţurile înalte ale cristalelorsunt principalele obstacole ce limitează implementareape scară largă a acestor semiconductori.În acest context, o deosebită atenţie se acordă înprezent elaborării şi dezvoltării metodelor de procesarea semiconductorilor cu bandă largă din grupaIII-V, îndeosebi a nitrurii de galiu – un materialimportant pentru optoelectronică şi electronica deputere. O comparaţie a proprietăţilor electrofizicecu alţi semiconductori, precum şi calculul unui coeficientde merit (CM) ce pune în evidenţă proprietăţiletermice, de putere şi frecvenţă este prezentatăîn tabela 1 [5].Tabela 1Parametrul Si GaAs 4H-SiC GaNLăţimea benzii interzise E g(eV) 1,12 1,42 3,25 3,40Câmpul de străpungere E str(MV/cm) 0,25 0,4 3,0 4,0Mobilitatea electronică μ (cm 2 /Vs) 1350 6000 800 1300Viteza maximă V s(10 7 cm/s) 1,0 2,0 2,0 3,0Conductibilitatea termică χ (W/cmK)1,5 0,5 4,9 1,3Permeabilitatea dielectrică ε 11,8 12,8 9,7 9,0CM = χεμ V sE str2/(χεμ V sE str2) Si1 8 458 489Stabilitatea chimică a nitrurii de galiu, fiind unavantaj aplicativ al acestui material, ridică uneleprobleme tehnologice în comparaţie cu alţi compuşidin grupa III-V. Procesul de decapare, necesarformării mezostructurilor pe GaN, se realizează deobicei prin metoda RIE (Reactive Ion Etching) [6]şi derivatele acesteia (ECR - Electron Cyclotron Resonance,ICP - Inductively Coupled Plasma, MRIE- Magnetron RIE) care, însă, cauzează defecte încristal ca urmare a energiei înalte a ionilor.O tehnologie alternativă de creare a mezo- şinanostructurilor în baza GaN este decaparea fotoelectrochimică[7], care se impune prin dirijarea vitezeide decapare într-un diapazon larg, costul redusşi lipsa defectelor inerente procesului de decapare.Utilizarea acestei tehnologii a făcut posibilă elaborareasenzorilor de gaze selectivi pentru detectareascurgerilor de metan [8] în cadrul Centrului Naţionalde Studiu şi Testare a Materialelor. Principiulfuncţionării acestui detector este bazat pe faptul cănitrura de galiu, nanostructurată în diferite condiţii,posedă sensibilitate diferită faţă de metan şi vaporiide alcool – sursa interferentă cea mai des întâlnită încondiţii casnice, fiind prezentă în produse alimentareşi chimice. Astfel că integrând într-un detectordouă regiuni nanostructurate de GaN cu sensibilităţidiferite faţă de metan şi vapori de alcool şi diferenţiindsemnalul de pe aceste structuri, este posibilădetectarea sigură a prezenţei concentraţiei de 1%metan în atmosferă de 1000 ppm alcool.Recent, în cadrul Centrului Naţional de Studiuşi Testare a Materialelor, a fost elaborată o metodănouă de mezo- şi nanostructurare a nitrurii de galiu,fără utilizarea procesului de litografie, numităLitografi a cu Sarcină de Suprafaţă (Surface ChargeLithography - SCL) [9]. Ideea tehnologiei noiconstă în faptul că la introducerea în mod dirijat adefectelor de suprafaţă se obţine „încapsularea elec-84 - nr. 4(11), decembrie 2008