В ЛЭТИ разработали прототип транзистора для перспективной силовой электроники

Созданный прототип SiC-транзистора компактен, надежен и способен работать при высоких токах, высоких напряжениях и повышенных температурах.

В последние десятилетия электроника (в основном — выполненная на компонентной базе из кремния) приблизилась к пределу своих возможностей по целому ряду ключевых характеристик (легкости, компактности, быстродействию и возможности работать в экстремальных условиях, например, в космосе, при высоких перегрузках или в условиях радиации. Преодоление данных ограничений открывает широкие перспективы для развития многих отраслей промышленности: автомобилестроения, двигателестроения, самолетостроения, машиностроения, бытовой техники (компьютеры, планшеты, беспилотники, медоборудование, мобильные телефоны и проч.).

Альтернативой кремнию как материалу электронной компонентной базы (ЭКБ) является карбид кремния (SiC), который способен работать при более высоких температурах и напряжениях без потери электрических свойств. Это делает его перспективным для использования в силовой электронике, например, в инверторах и преобразователях энергии. Однако широкое применение карбида кремния требует не только наличия воспроизводимых технологий его синтеза, но и разработки новых тополого-технологических решений.

«В рамках реализации нашей программы развития «Приоритет 2030» по переходу на новую ЭКБ мы разработали отечественный прототип полевого транзистора на основе карбида кремния на 1,7 кВ. Транзисторы – это один из основных компонентов силовой электроники. Образцы транзисторов на основе карбида кремния уже успешно применяются практически во всех типах современной высоковольтной электроники, начиная от бытовой техники и электротранспорта и заканчивая системами связи и космической техникой», – отметил проректор по научной и инновационной деятельности СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Александр Анатольевич Семенов.

Созданный в ЛЭТИ прототип SiC-транзистора внешне мало отличается от аналогичных SiC-устройств других производителей. В то же время разработанные оригинальные топология и технологический маршрут изготовления транзистора легко могут быть адаптированы к производственным возможностям российских предприятий. Более того, эксперименты показали, что при соответствующей коммутации прототипов SiC-транзисторов и при обеспечении эффективных теплоотвода и высоковольтной защиты целевые изделия способны работать до напряжений более 15 кВ на более высоких в отличие от кремниевых аналогов частотах.

 «До недавнего времени потребности России в карбидокремниевых транзисторах практически полностью закрывались за счет продукции иностранных производителей. Поэтому наша разработка – важный этап на пути обеспечения технологического суверенитета России в сфере современных ключевых электронных компонентов», – подчеркнул проректор по научной и инновационной деятельности СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Александр Анатольевич Семенов.

Разработка отечественного транзистора на основе карбида кремния, реализуется в рамках программы развития СПбГЭТУ «ЛЭТИ» «Приоритет 2030». Одна из ее ключевых задач – переход на новую ЭКБ. Наличие у СПбГЭТУ «ЛЭТИ» уникальных научно-технологических компетенций по сквозному технологическому маршруту изготовления ЭКБ и устройств на карбиде кремния стало основой долговременного партнерства университета и предприятий Группы компаний (ГК) «Элемент».

Летом 2023 г. стороны утвердили дорожную карту по разработке, прототипированию, постановке и сопровождению техпроцессов силовой электроники на основе карбида кремния, рассчитанную на имеющиеся и создаваемые производственные мощности, и приступили к ее реализации.

В частности, в рамках реализации дорожной карты в 2024 г.  СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и ГК «Элемент» запустили совместное предприятие «ЛЭТИЭЛ» по разработке компонентов для электроники на основе карбида кремния. Стороны при поддержке Минобрнауки также организовали дизайн-центр по проектированию и измерению параметров силовых электронных приборов и материалов.

Кроме того, проект разработки транзистора на основе карбида кремния поддержан Фондом перспективных исследований.