Оборудование НОЦ НТ

Для подготовки кадров высшей квалификации и специалистов, проведения научных исследований в области СВЧ наноэлектроники и нанотехнологий в ТУСУР в 2008 г. организован научно-образовательный центр (НОЦ) «Нанотехнологии». Центр создан на основании Постановления Правительства РФ в рамках Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 - 2010 годы» с объемом финансирования 129,5 млн. руб. Строительство первой очереди НОЦ выполнено в 2009 г. при использовании в качестве основного исполнителя фирмы «Микран».

НОЦ «Нанотехнологии» (НОЦ НТ) ТУСУР – один из немногих научно-образовательных центров в России, ориентированный в основном на проблемы СВЧ наноэлектроники. Общая площадь чистых помещений НОЦ НТ составляет 300 кв.м.

К основным задачам центра относятся:

1) Проведение научных исследований в области СВЧ наноэлектроники, нанофотоники, нанотехнологий и наноматериалов с целью разработки и производства электронной компонентной базы СВЧ.

2) Подготовка кадров высшей квалификации и специалистов, преимущественно для производства СВЧ МИС, организуемого на фабриках НПФ «Микран» в Томске.

Состав НОЦ «Нанотехнологии»:

• Исследовательская технологическая линия по изготовлению СВЧ МИС на основе GaAs, InP и GaN, включающая основные операции: нанолитографию (установка Raith-150 Two) с разрешением до 20 нм, осаждение металлов, резист-процессинг.
• Дизайн-центр по проектированию СВЧ МИС.
• Участок измерений и испытаний, содержащий прецизионное СВЧ измерительное оборудование (до 67 ГГц).
• Инженерный участок обеспечения климата, снабжения деионизованной водой, азотом, сжатым воздухом.

Исследовательская технологическая линия. На этой линии по изготовлению СВЧ МИС на основе GaAs, InP и GaN размещено современное оборудование для нанолитографии, электронно-лучевого напыления, нанесения фоторезиста, контроля пластин и фотошаблонов в видимом и УФ диапазонах излучения.

Линия позволяет выполнить цикл основных технологических операций изготовления транзисторов и МИС. Основным элементом технологической линии является нанолитограф Raith-150 Two с разрешением до 20 нм, что обеспечит изготовление СВЧ транзисторов и МИС с граничными частотами до 150-200 ГГц.

В 2012 году технологическая база пополнена следующими позициями:

1) Установка лазерной литографии производства Heidelberg Instruments Mikrotechnik GmbH (Германия) с разрешением не менее 0,6 мкм для производства монолитных и гибридных интегральных схем в дополнение имеющегося нанолитографа Raith 150 Two;

2) Зондовая установка Cascade EP6 для измерения вольтамперных, вольтфарадных и частотных характеристик транзисторов и монолитных схем. Эта зондовая станция позволила расширить возможности характеризации МИС СВЧ до промышленного уровня.

Работа на установке электронной литографии Raith-150 Two

Дизайн-центр по проектированию СВЧ МИС. Дизайн-центр в составе НОЦ «Нанотехнологии» ТУСУР выполняет работы по проектированию СВЧ МИС, а также по разработке библиотек моделей элементов МИС. Для этих целей дизайн-центр имеет необходимое техническое и программное обеспечение.

ТУСУР является обладателем профессиональной лицензии на систему автоматизированного проектирования СВЧ устройств Microwave Office фирмы Applied Wave Research (США). Имеется также единственная в России лицензия на использование программных продуктов Software Development Kit (SDK) и Model Wizard этой же фирмы, позволяющих осуществить построение и интеграцию топологических моделей элементов МИС в систему Microwave Office.

Кроме того, в дизайн-центре разрабатываются и используются собственные оригинальные программные продукты для проектирования СВЧ МИС и построения моделей элементов. Наличие лицензионного программного обеспечения, а также высокая квалификация и опыт сотрудников дизайн-центра позволяют вести указанную деятельность на профессиональном уровне.

Участок измерений параметров гетероструктур и МИС. На участке развернута единственная в России уникальная полностью автоматизированная установка для прецизионных измерений и характеризации СВЧ МИС до частот 40-67 ГГц. Она представляет собой специализированный аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий измерения гетероструктур и компонентов СВЧ МИС на полупроводниковой пластине с использованием зондовой станции. Комплекс ориентирован на задачи характеризации (точных измерений и исследований) элементов СВЧ МИС с целью построения их моделей, необходимых для проектирования МИС.

Установка управляется программным обеспечением и содержит два базовых стенда:

- стенд для измерения нелинейных и шумовых характеристик СВЧ-устройств в диапазоне частот до 67 ГГц;

- стенд для выполнения СВЧ «load-pull» измерений мощности и коэффициента шума в диапазоне частот до 67 ГГц.

Уникальные характеристики стендов обеспечиваются использованием современных измерительных приборов ведущих мировых фирм:

· Зондовая станция Cascade SUMMIT 11000B-M для диаметра пластин до  200 мм;

· Два программируемых  тюнера iMPT-5080 и iCCMT-5020 фирмы Focus, последний из них с возможностью настройки по трем гармоникам сигнала;

· Векторные анализаторы цепей Rohde&Schwartz R&S ZVA 40, Agilent Technologies (США) PNA-X N5247A с опциями N5247A-021, N5247A-025, N5247A-008; Система  импульсных измерений вольтамперных характеристик Maury Pulse IV system; расширитель диапазона векторного анализатора Agilent PNA-X до 110ГГц;

· Анализатор спектра Agilent Е4448А с возможностью измерения шумовых характеристик и др.

Комплекс  обеспечивает измерение множества параметров активных и пассивных компонентов МИС в различных режимах работы – статических характеристик (ВАХ), параметров рассеяния, шумовых и мощностных характеристик в широком диапазоне частот, формы и спектральных составляющих сигнала и др., в том числе непосредственно на полупроводниковой пластине и в импульсном режиме. Это разрешает, например, полностью характеризовать СВЧ гетероструктурные транзисторы – определять полный набор шумовых параметров малошумящих транзисторов, находить оптимальные нагрузочные импедансы по основной и высшим гармоникам для реализации высокоэкономичных режимов мощных приборов и т.д.

При использовании специальных тестовых модулей на пластине комплекс позволит осуществить измерения параметров гетероструктур.

Автоматизированная установка для измерений и характеризации СВЧ МИС.

При выполнении комплексного проекта по 218 постановлению Правительства РФ  произошло существенное развитие исследовательской и технологической базы научно-образовательного центра «Нанотехнологии», в котором трудились сотрудники НИИСЭС, аспиранты и магистранты ТУСУРа. Так измерительное оборудование пополнилось следующим оборудованием:

1) Расширитель диапазона векторного анализатора Agilent PNA-X до 110 ГГц. Расширитель предназначен для работы с векторными анализаторами цепей PNA-X с верхней частотой анализа 67 ГГц. Расширение диапазона частот до 110 ГГц открыло новые возможности анализа МИС СВЧ миллиметрового диапазона.

2) Измеритель LCR E4980А. Диапазон частот от 20 Гц до 2 МГц. Измеритель предназначен для исследования и контроля параметров пассивных компонент, гетеротранзисторов, диодов и других СВЧ элементов. Применение измерителя позволяет получить частотную зависимость входного импеданса схем, его использование в составе стенда для исследования частотных характеристик МИС СВЧ обеспечило точные измерения ВАХ, ВФХ транзисторов МИС СВЧ. 

3) Система для импульсных измерений ВАХ Maury Pulse IV system существенно усилила возможности исследования мощных транзисторов СВЧ, входящих в выходные каскады МИС СВЧ. Параметры, обеспечиваемые системой: максимальное напряжение 250 В, максимальный ток в импульсе 10А, максимальная постоянная мощность 2кВт, минимальная длина импульса 200 нс, опция для импульсных измерений СВЧ, – создают основу для экспериментальной отработки мощных транзисторов на основе GaN.

4) Набор опций для обеспечения неотражающих соединений в тактах СВЧ, калибровки разработанных ВАЦ и АС в диапазоне до 50 ГГц.

Технологическая база пополнена следующими позициями:

1) Установка лазерной литографии производства Heidelberg Instruments Mikrotechnik GmbH (Германия) с разрешением не менее 0,6 мкм для производства монолитных и гибридных интегральных схем в дополнение имеющегося нанолитографа Raith 150 Two;

2) Зондовая установка Cascade EP6 для измерения вольтамперных, вольтфарадных и частотных характеристик транзисторов и монолитных схем. Эта зондовая станция позволит расширить возможности характеризации МИС СВЧ до промышленного уровня;

3) Базовый блок анализатора полупроводниковых приборов B1500A с программным пакетом и дополнительными опциями для дополнительной комплектации измерительного стенда на базе зондовой станции Cascade.

Активно использовалось в моделировании и проектировании программное обеспечение, закупленное на предыдущих этапах:

программный продукт моделирования технологических процессов и приборов с использованием Synopsys TCAD (из внебюджетных средств ТУСУРа);

локальная версия системы проектирования СВЧ устройств AWR Design Environment в конфигурации AWR Microwave Office 449 (MWO for MMIC & Modules: Design Environment, HB/TD, AXIEM, Linear Simulator, Layout, iNets, ACE, DRC & MMIC Libraries) без ограничения по времени использования (постоянная) – из средств субсидии;

локальная версия модуля связи с измерительным оборудованием AWR TSW-100 (TestWave Instrumentation Interface) без ограничения по времени использования (постоянная) – из средств субсидии.

Уровень развития исследовательской и технологической базы университета соответствует масштабу задач, решенных при выполнении комплексного проекта, более того, созданы благоприятные условия для продолжения работ в области создания СВЧ техники миллиметрового диапазона на высоком уровне обеспечения средствами измерений и технологическими возможностями. Об этом свидетельствуют публикации по вопросам создания СВЧ аппаратуры, телекоммуникационных систем и электронной компонентной базы.