Tranzistor koji radi na 600 Celzijevih stupnjeva
- Objavljeno u Znanost
Više od dva desetljeća, silicijev karbid SiC, promovira se kao ključ za razvoj elektronike za ekstremne uvjete. Unatoč obećanju, područje je ostalo zaglavljeno u fazi temeljnih istraživanja, do sada ne uspijevajući rezultirati razvojem praktičnih uređaja. Sada je tim istraživača sa Sveučilišta u Kyotu napravio veliki iskorak.
„Vjerujemo da je nedostatak razvoja posljedica toga što istraživačka zajednica pokušava primijeniti razmišljanje iz silicijske ere na fundamentalno drugačiji materijal“, kaže Mitsuaki Kaneko, prvi autor novog rada objavljenog u časopisu APL Electronic Devices.
Tim se usredotočio na spojne tranzistore s efektom polja, poznate kao JFET-ovi. Prethodna istraživanja sugerirala su da se komplementarni JFET-ovi, temeljeni na SiC JFET-ovima, mogu primijeniti na integrirane krugove male snage za rad u ekstremnim uvjetima. Međutim, JFET-ovi koje su istraživači prethodno stvorili, koji su imali konvencionalne strukture gornjih vrata izrađene u poluizolacijskim SiC podlogama, patili su od niske upravljivosti i velikih struja curenja na visokim temperaturama. To je motiviralo tim da se usredotoči na rješavanje ova dva problema, za koja su znali da će biti bitna za praktičnu upotrebu.
„Naš je cilj otvoriti novi put naprijed s komplementarnim JFET-ovima dizajniranim za iskorištavanje intrinzičnih svojstava samog SiC-a“, kaže Kaneko.
Umjesto da razvijaju sve od nule, tim je namjerno koristio industrijske standardne metode proizvodnje za izgradnju svoje nove JFET strukture, usvajajući dizajn s donjim vratima kako bi poboljšali upravljivost napona praga. Također su koristili dobro baziranu izolaciju umjesto poluizolacijske podloge kako bi suzbili struju curenja na visokim temperaturama.
Rezultat je bila nova struktura SiC tranzistora koja je uspjela iz prvog pokušaja. Nakon završetka novog dizajna, tim je uspio pokazati da njihov uređaj može uspješno raditi na 600°C.
Usvajanje nove strukture značajno je poboljšalo upravljivost napona praga tranzistora i drastično smanjilo struju curenja, koja je sada vrlo blizu teorijskom ograničenju predviđenom na temelju svojstava SiC materijala.
Ova studija dokazuje da je SiC već sama po sebi zrela tehnologija energetskih uređaja i pokazuje ogroman potencijal novo razvijene strukture s donjim vratima za implementaciju pouzdanih integriranih krugova temeljenih na SiC-u za ekstremne temperature.
Tim sada namjerava riješiti sve dodatne izazove, stvaranjem složenijih sklopova, povećanjem proizvodnje do razine pločica i osiguravanjem robusnosti cijelog paketa u ekstremnim uvjetima.