Стоимость снизилась до одного процента! Этот отечественный чип достиг важного прорыва

Спрашивают у AI · Как команда Ху Хуэйюна преодолела проблему несовпадения кристаллических решеток кремния и германия?

30 марта, журналисты узнали от Университета электронной науки и техники в Сиане, что команда профессора Ху Хуэйюна успешно разработала чип фотонного лавинного диода (SPAD) на основе технологии кремний-германий, что значительно снизило стоимость производства технологий обнаружения в коротковолновом инфракрасном диапазоне. Этот прорыв позволяет высокотехнологичным чипам, ранее стоившим тысячи долларов за единицу, войти в области смартфонов, автомобильных лазерных радаров и других устройств по стоимости в один процент.

Технология коротковолнового инфракрасного диапазона обладает способностью проникать через туман и смог, обеспечивая четкое изображение в темноте, а также распознавать материалические характеристики различных веществ. Она имеет широкие перспективы в мобильной фотосъемке при слабом освещении, автомобильных лазерных радарах, промышленной неразрушающей диагностике и других областях. Но долгое время основные решения использовали материалы на основе арсенида индия и галлия, которые, несмотря на отличные характеристики, ограничены дорогими подложками из фосфида индия, что затрудняет их совместимость с кремний-кислотной CMOS-технологией (комплементарной металло-оксидной полупроводниковой технологией), а стоимость отдельных чипов достигала сотен или тысяч долларов.

Команда Ху Хуэйюна выбрала технологический путь, максимально совместимый с существующей цепочкой полупроводниковой промышленности — кремний-германий. Они использовали платформу внешней эпитаксии кремний-германий для роста материалов, а затем на стандартной платформе кремний-кислотной CMOS-технологии изготовили детектирующие устройства, расширив диапазон обнаружения до коротковолнового инфракрасного диапазона. «Это означает, что мы используем стоимость производства чипов для мобильных телефонов, чтобы создавать коротковолновые инфракрасные детекторы, которые раньше могли реализовать только за очень большие деньги», — говорит Ван Лимин.

Специальная линия для производства кремний-германий. Предоставлено собеседником

Однако, между атомарными решетками кремния и германия существует несовпадение решеток на 4,2%, что вызывает дефекты в материале и утечку тока в детекторах, из-за чего технология не могла выйти за пределы лабораторий более 20 лет. Для преодоления этой проблемы команда одновременно работала на нескольких уровнях: разработала многослойный градиентный буферный слой в сочетании с технологией низкотемпературного роста для постепенного уменьшения атомарного несовпадения; использовала ин-ситу отжиг и пассивацию для подавления утечек; а также внедрила инновационную структуру SPAD для оптимизации распределения электрического поля, что сделало сигналы более четкими и снизило шум.

Теперь команда создала полную цепочку самостоятельных разработок, охватывающую «проектирование устройств — внешнюю эпитаксию — технологический процесс — согласование схем — системную проверку». В настоящее время строится специальная линия для производства кремний-германий, которая планируется завершить к концу 2026 года, что обеспечит быструю проверку новых продуктов и контроль производственных мощностей.

Источник: Газета «Технологическая ежедневная»