Kontakt
Intranet
EN
V súčasnosti vo svete prebieha výskum vysokoteplotne stabilných elektronických komponentov, ktoré sú schopné pracovať v extrémnych podmienkach. Ich využitie je najmä bezpečnostnom a leteckom sektore ale hlavne v odvetviach ťažkého priemyslu. Technológia výroby prvkov na báze Si je v súčasnosti dobre vyvinutá ale mechanické, chemické, tepelné a elektronické vlastnosti Si sú dosť obmedzené. Výskum a vývoj prvkov pre extrémne podmienky si vyžaduje nový materiálový základ stabilný pri vysokých teplotách a v korozívnom prostredí. Takýmto požiadavkám môžu vyhovieť najmä širokopásmové polovodiče (WBG), ako je SiC, skupina III-nitridov (III-N) alebo diamant.
V prípade poľom riadených tranzistorov na báze GaN pracujúcich pri vysokých teplotách by sa malo prednostne riešiť vysoko efektívny tepelný manažment, aby sa potlačil tzv. samoohrev súčiastky. Preto je potrebné odvádzať teplo generované v kanáli tranzistora, pričom chladiaca vrstva musí byť čo najbližšie ku kanálu. Kľúčovým problémom je použitie materiálu s vysokou tepelnou vodivosťou. Diamant je známy ako najlepší tepelný vodič (2 000 W/Km) s vysokou chemickou inertnosťou, optickou priehľadnosťou v širokom rozmedzí spektra a je tiež najlepším izolátorom s najvyššou hodnotou elektrického prierazu.
Po ďalšie, MEMS prvky stále predstavujú atraktívne pole základného i aplikovaného výskumu, ktoré je zároveň podmienené implementáciou pokročilých materiálov vykazujúcich mimoriadne vlastnosti (dobrá tepelná vodivosť, vysoké piezo-koeficienty, vysoká tuhosť, chemická inertnosť atď.). Sľubnú aj vítanú alternatívu k štandardným MEMS na báze Si predstavujú heteroštruktúry na báze diamant/GaN alebo diamant/GaN/TMD. Okrem toho môžeme povedať, že diamantové (nano-)mikro-mechanické systémy, ako sú rezonátory a nosníky, umožňujú multifunkcionalitu na jednej platforme. Je však stále potrebné porozumieť veľkoplošnému rastu diamantov na substrátoch GaN pri nízkych teplotách a syntéze kompozitov diamant/GaN/TMD.
Zameriavame sa preto na výrobu a charakterizáciu novej triedy zariadení MEMS založených na báze širokopásmových materiálov (najmä diamant, GaN). Navrhovaná stratégia umožňuje objasniť zložitosť multifunkčných štruktúr MEMS, ktoré zahŕňajú syntézu materiálu (techniky rastu PVD a CVD), komplexné mikroobrábanie (ICP DRIE, fs laserová ablácia) a charakterizáciu (termo-elektro-mechanické merania).
Hlavné výskumné činnosti sú zamerané na:
- hybridná integrácia heteroštruktúr na báze GaN s diamantovými vrstvami;
- štúdium mechanizmov rastu vrstiev GaN/diamant;
- vývoj elektronických štruktúr a zariadení;
Schematický model procesov prebiehajúcich počas CVD rastu diamantovej vrstvy na vzorke AlGaN / GaN a) bez alebo b) s pasivačnou vrstvou SiO2.
Kompetencie a expertíza vedeckých pracovníkov (ElÚ SAV) zahrnutých do riešenia problematiky v spolupráci so zahraničnými vedeckými tímami
Konzorcium (traja partneri z troch krajín), ktoré rieši vyššie popísanú problematiku, spája všetky potrebné odborné znalosti pre výskum a vývoj prototypov zariadení MEMS založených na báze heteroštruktúr diamant/GaN/TMD. Schopnosť pestovať diamantové vrstvy rôznych hrúbok a na rôznych podkladoch, spolu so zručnosťami v ich štruktúrovaní, má Fyzikálny ústav v Prahe, rast GaN a TMD a ich materiálová charakterizácia je v kompetencii Elektrotechnického ústavu SAV spolu s výrobou, elektrickou charakterizáciou a modelovaním súčiastok GaN. Odborníci z Vorarlberskej univerzity aplikovaných vied sú poverení mikromobrábaním polovodičových materiálov a keramiky, nanášaním tenkých uhlíkových vrstiev, navrhovaním prvkov MEMS.
Izsák, T., Vanko, G., Držík, M., Kasemann, S., Zehetner, J., Vojs, M., Zaťko, B., Potocký, Š., and Kromka, A.: Direct deposition of CVD diamond layers on the top of GaN membranes, Proceedings 56 (2020), Iss 1, no. 35.
Zehetner, J., Kromka, A., Izsák, T., Vanko, G., Gajdošová, L., and Kasemann, S.: Fabrication of diamond membranes by femtosecond laser ablation for MEMS sensor applications, Proceedings 56 (2020), Iss 1, p. 13.
Izsák, T., Vanko, G., Držík, M., Kasemann, S., Zehetner, J., Vojs, M., Zaťko, B., Potocký, Š., and Kromka, A.: Front-side diamond deposition on the GaN membranes. In: ASDAM 2020. Eds. T. Izsák et al. IEEE 2020. ISBN 978-1-7281-9776-0. P. 42-45.
Babcenko, O., Izsák, T., Varga, M., Aubrechtová Dragounová, K., Potocky, S., Stehlik, S., Vanko, G., Gajdosova, L., Kasemann, S., Zehetner, J., and Kromka, A.: Optimization of diamond growth on structured, soft and brittle substrates. In: ASDAM 2020. Eds. T. Izsák et al. IEEE 2020. ISBN 978-1-7281-9776-0. P. 46-50.
Babchenko, O., Vanko, G., Gerboc, M., Ižák, T., Vojs, M., Lalinský, T., and Kromka, A.: Study on electronic properties of diamond/SiNx-coated AlGaN/GaN high electron mobility transistors operating up to 500 °C, Diamond Related Mater. 89 (2018) 266-272.
Babchenko, O., Dzuba, J., Lalinský, T., Vojs, M., Vincze, A., Ižák, T., Vanko, G., : Stability of AlGaN/GaN heterostructures after hydrogen plasma treatment,. Applied Surface Sci 395 (2017) 92-97.
Zehetner, J., Kraus, S., Lucki, M., Vanko, G., Dzuba, J., Lalinský, T., : Manufacturing of membranes by laser ablation in SiC, sapphire, glass and ceramic for GaN/ferroelectric thin film MEMS and pressure sensors. Microsyst. Technol. 22 (2016) 1883-1892.
Zehetner, J., Vanko, G., Dzuba, J., Lalinský, T., Lucki, M., Kraus, S., : Micro structuring of bulk SiC substrates by femtosecond laser ablation. In: Proc. 22th Inter. Conf. on Applied Phys. of Cond. Matter (APCOM 2016). Eds. J. Vajda and I. Jamnický. Bratislava: FEI STU 2016. ISBN 978-80-227-4572-7. P. 302-305.
Ižák, T., Jirásek, V., Vanko, G., Dzuba, J., Kromka, A., : Temperature-dependent stress in diamond-coatewd AlGaN/GaN heterostructures. Mater. & Design 106 (2016) 305-312.
Vanko, G., Ižák, T., Babchenko, O., Kromka, A., : Diamond coated AlGaN/GaN high electron mobility transistors – effect of deposition process on gate electrode In: NANOCON 2015. Tanger: 2015. ISBN: 978-808729463-5. P. 168-173.
Ižák, T., Vanko, G., Babchenko, O., Potocký, Š., Marton, M., Vojs, M., Choleva, P., Kromka, A., : Diamond-coated three-dimensional GaN micromembranes: Effect of nucleation and deposition techniques,. Phys. Status Solidi B 252 (2015) 2585–2590.
Dzuba, J., Vanko, G., Vojs, M., Rýger, I., Ižák, T., Jirásek, V., Kutiš, V., Lalinský, T., : Finite element analysis of AlGaN/GaN micro-diaphragms with diamond Proc. SPIE 9517 (2015) 95171I.