Rakennelohkoja GaN tehokytkimille

Insinööritiimi Cornellin ja Notre Damen yliopistoista sekä puolijohdeyhtiö IQE:stä ovat luoneet galliumnitridin (GaN) tehodiodeja jotka voivat toimia rakennelohkoina tulevaisuuden GaN-tehokytkimille.

Galliumnitridillä on monia toivottavia ominaisuuksia mutta se on myös ongelmallinen materiaalivikojen ja luotettavuuden suhteen. Vikakohtien määrät nykyisissä GaN-materiaaleissa tarkoittavat, että GaN-piirit toimivat usein murto-osalla siitä mihin ne todella kykenisivät.

Joten tutkijaryhmä paneutui GaN-rakenteisiin, joilla on ennätyksellisen alhaiset vikapitoisuudet ja käyttivät erityistä korkeajännitteistä pn-liitosdiodeja etsimään GaN-materiaalien ominaisuuksia.

Tiettyjä ideaalisuustekijöitä indikaattoreina käyttäen he pystyivät raportoimaan GaN-pn-diodeista, joilla on lähes ihanteellinen suorituskyky kaikissa aspekteissa samanaikaisesti: yhtenäinen ideaalisuustekijä, vyöryläpilyöntijännite ja noin kaksinkertainen parannus piiritason saavutusarvoihin aiempiin ennätyksiin nähden.

Yksi iso yllätys ryhmälle tuli odottamattoman alhaisen GaN-diodin eroresistanssin muodossa. "Se on ikään kuin pn-diodi kokonaisuudessaan olisi läpinäkyvä virralle ilman resistanssia, toteavat tutkijat American Institute of Physicsin aiheesta julkaisemassa tiedotteessa.

Tutkijoiden päätelmien mukaan erilaiset GaN-tehopiirit eri alustoilla kuten safiiri, SiC, ja Si ovat jo osoittaneet lupaavia suurtaajuisia ja suurien tehojen suorituskykyä. Kuitenkin todellinen etu laajan kaistaneron rakenteista suurten tehojen muuntamisessa realisoituu käyttämällä yksikiteisen GaN-materiaalin alustaa. Tämä mahdollistaa vertikaalisen epitaksian sekä piirirakenteiden aktiivisen alueiden kehittämisen hyvin vähäisillä dislokaatioilla ja vioilla.

Aiheesta aiemmin:

Parempia materiaaleja ledeille ja tehoelektroniikalle