Vauhtia galliumoksidi tehopiirien kaupallistamiselle

Kolme ioni-istutuksen vaihetta tuottaa n-tyyppiset kontaktit, n-tyyppisen kanavan sekä p-tyyppiset virran estokerroset (CBL) tehomosfettiin. 

Japanilaiset (NICT) ja (TUAT) tutkijat ovat kehittäneet pystysuoran Ga2O3-metallioksidipuolijohteen mosfetin, jossa hyödynnetään täysionista seostusprosessia sekä n- että p-tyypille, avaten näin tien uuden sukupolven edullisille ja erittäin valmistettaville Ga2O3-tehoelektronisille piireille.

Laajakaistaisiin puolijohteisiin kuten galliumoksidiin (Ga2O3) -perustuvan uuden sukupolven piirien odotetaan mullistavan tehoelektroniikkateollisuutta.

Ga2O3 lupaa dramaattista vähennystä tehojärjestelmien koossa, painossa sekä kustannuksissa ja energiankulutuksessa lisäämällä sekä tehotiheyttä että tehon muuntamistehokkuutta piirikohtaisella tasolla.

Ensimmäisen yksikiteisen Ga2O3-transistorin demonstrointi tapahtui vuonna 2011. Parin viime vuosien aikana Ga2O3:n transistorien kehitys on keskittynyt sivusuuntaiseen geometriaan. Ne eivät kuitenkaan sovellu suurille virroille ja suurille jännitteille.

Pystysuuntainen geometria mahdollistaa suuremmat virrat ilman sirukoon suurentamista, yksinkertaistettua lämmönhallintaa ja paljon parempaa kentän terminointia.

Vertikaalisen transistorikytkimen ominaisuuksia kehiteltiin tuomalla puolijohdeseostukseen kaksi epäpuhtausmuotoa: n-tyyppistä, joka tarjoaa liikkuvat varauskantajat; ja p-tyyppistä, joka mahdollistaa jännitteen blokkauksen.

Masataka Higashiwakin johdolla toimiva NICT-ryhmä on aiemmin kehittänyt piin käyttöä n-tyypin lisäaineena Ga2O3-rakenteissa ja on nyt toteuttanut typen (N) käyttöä p-tyypin lisäaineena. Heidän viimeisin saavutus liittyy integroida Si- ja N-seostukset muokkaamaan Ga2O3-transistoria ensimmäistä kertaa, ioni-implantaationa tunnetulla suurenergisen prosessin käyttöönoton kautta.

"Menestyksemme on läpimurto, joka lupaa muutosvaikutuksia Ga2O3-piirien teknologiaan", toteaa Higashiwaki. "Ioni-implantaatio on monipuolinen valmistusmenetelmä, jota käytetään laajalti kaupallisten puolijohdekomponenttien massatuotannossa.

Täysionisen implantoinnin demonstrointi vertikaalisessa Ga2O3-transistorissa parantaa suuresti Ga2O3-perustaisen tehoelektroniikan mahdollisuuksia." Tutkijat kehittivät myös Ga2O3-perusmateriaalin kasvatusta nopeaksi ja vähäisiä epäpuhtauksia sisältäväksi.

Kehitetty piirirakenne osoitti kunnollisia ominaisuuksia, kuten 0,42 kA/cm2:n virrantiheyttä, 31,5 mΩ · cm2 on-resistanssia ja suurta yli kahdeksan suuruusluokan päälle/pois -suhdetta.

Tutkijoiden mukaan pystysuorat tehopiirit ovat vahvin haastaja yhdistelmällään yli 100 A:n virtoja ja yli 1 kV:n jännitteitä monille teollisuus- ja autokäyttöjen järjestelmille.

Aiheesta aiemmin:

Vertikaalinen tehotransistori galliumoksidista

Galliumnitridiä suuremmille jännitteille

Rakennelohkoja GaN tehokytkimille