Gallium-oksidi tehotransistoreita ennätysarvoilla

03.09.2019

FBH-teho-el-gallium_oxide_chip-300-t.jpgGalliumoksidisiru, jossa on transistori- ja mittausrakenteita. Se on valmistettu FBH:ssa projisointitografialla.

Tehokkaat elektroniikkakomponentit ovat välttämättömiä tulevaisuuden viestinnässä, yhteiskunnan digitaalisessa muutoksessa ja tekoälysovelluksissa.

Mahdollisimman pienen jalanjäljen ohella niiden tulisi tarjota alhainen energiankulutus ja saavuttaa yhä suurempia tehotiheyksiä. Tämä on se raja missä perinteiset piirit saavuttavat rajansa. Siksi tutkijat ympäri maailmaa tutkivat uusia materiaaleja ja komponentteja, jotka täyttäisivät nämä vaatimukset.

Ferdinand-Braun-instituutti (FBH) on nyt saavuttanut läpimurron galliumoksidiin (ß-Ga2O3) perustuvilla transistoreilla. Heidän kehittämät beta-Ga2O3 -MOSFETit tarjoavat suuren läpilyöntijännitteen yhdistettynä suureen virranjohtokykyyn.

Peräti 1,8 kilovoltin läpilyöntijännitteellä ja ennätyksellisellä tehoarvolla 155 megawattia neliösenttimetrillä saavutetaan ainutlaatuiset suoritusarvot lähellä galliumoksidin teoreettista materiaalirajaa.

Samaan aikaan saavutetut läpilyönnin kenttävahvuudet ovat huomattavasti suuremmat kuin vakiintuneilla laajan kaistaeron puolijohteilla, kuten piikarbidilla tai galliumnitridillä.

Näiden parannusten saavuttamiseksi FBH-ryhmä käsitteli kerrosrakennetta ja porttitopologiaa. Perustan tuottivat Leibniz Institute for Crystal Growthin substraatit optimoidulla epitaksiaalikerroksen rakenteella. Seurauksena oli, että vikatiheyttä voitiin vähentää ja sähköisiä ominaisuuksia parantaa.

Portti on kenttävaikutustransistorien keskeinen "kytkentäpiste", jota ohjataan hila-lähde -jännitteellä. Sen topologiaa on edelleen optimoitu, mikä mahdollistaa korkeiden kenttävahvuuksien vähentämisen portin reunalla. Tämä puolestaan johtaa suurempiin läpilyöntijännitteisiin.

Alle mikrometrin porttipituutta yhdistettynä portin syväykseen käytettiin pienten On-tilan resistanssin aikaansaamiseksi kohtuullisilla kynnysjännitteillä yli –24 voltilla.

Kompensaatioseostettujen korkealaatuisten kiteiden, implantointipohjaisen rakenteiden välisen eristyksen ja SiNx -passivoinnin yhdistelmä tuotti jatkuvasti korkeat keskimääräiset läpilyönnin kenttävahvuudet 1,8–2,2 megavolttia per senttimetri portin ja nielun väleillä 2–10 mikrometriä.

Aiheesta aiemmin:

Vertikaalinen tehotransistori galliumoksidista

Uusia puolijohteita tehoelektroniikkaan

Galliumoksidia mikroelektroniikkaan

20.11.2019Keinotekoiset lehdet tuottavat kaasua ja nesteitä
18.11.2019Fotonikytkin CMOS-piireille
15.11.2019Parempia langattomia anturitekniikoita
13.11.2019Uudenlaisia fotonisia nestekiteitä
12.11.2019Onnistumisia orgaanisissa
11.11.2019Kohti älykkäitä mikrorobotteja
09.11.2019Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus
08.11.2019Jäähdytystekniikkaa 3D-elektroniikalle vaikka avaruuteen
07.11.2019Uusia tiloja grafeenin taikakulmassa
06.11.2019Kohti antiferromagneettisia muisteja

Siirry arkistoon »