Uusi konsepti tehomosfeteille

Kansainvälinen tutkijaryhmä on luonut timanttimosfetin konseptin, jossa käytetään syvää tyhjennysaluetta tehostamaan positiivisten kantajien liikkuvuutta.

Tehokkaampia tehokomponentteja etsitään nyt lavean kaistaneron (WBG) puolijohteista. Koska ne ovat huomattavasti energiatehokkaampia, ne ovat nousseet johtaviksi kilpailijoiksi kehitettäessä kenttävaikutustransistoria (FET) seuraavan sukupolven tehoelektroniikalle.

Timantti tunnetaan ideaalisimmaksi materiaaliksi WBG:n kehityksessä sen ylivoimaisten fyysisten ominaisuuksien ansiosta, jotka mahdollistavat rakenteiden toimivan paljon korkeammissa lämpötiloissa, jännitteissä ja taajuuksilla sekä pienemmillä puolijohdehäviöillä.

Keskeinen haaste on kuitenkin toteuttaa timantin täysi potentiaali metallioksidipuolijohteiden kenttävaikutustransistoreissa (MOSFET) eli lisätä positiivisten kantajien liikkuvuutta kanavassa.

Ranskalaista, japanilaisista ja Cambridgen (UK) tutkijoista koostunut ryhmä otti käyttöön uuden lähestymistavan ongelman ratkaisemiseksi käyttämällä booriseostetun timanttimosfetin syvää tyhjennysaluetta.

Uusi konseptisuunnitelma mahdollistaa yksinkertaisten timanttimosfettien rakenteiden tuottamisen yksittäisistä booriseostettujen epitaksikerrosten pinoista. Uusi menetelmä lisää aukkojen liikkuvuutta suuruusluokan verran.

Transistorin on-tila varmistetaan peruskanavan johtumisella booripitoisen timantitepikerroksen läpi. Off-tila syntyy paksun eristyskerroksen ansiosta, jonka indusoi syvä tyhjennysalue, joka on vakaa vain laajan kaistaeron puolijohteille.

Tutkijat pystyivät osoittamaan, että timantin erityiset ominaisuudet, erityisesti suuri kaistaero ja inversiokerroksen vaimennettu muodostuminen mahdollistaa toiminnan syvässä tyhjennysalueessa.

Kokeiltu konsepti avaa oven vertikaaliselle D2MOSFET -toimivalle konseptille kuten p-kanavaiselle liitosfetille (JFET) ilman n-tyypin kerroksen tarvetta.