Исследовательская группа Киотского университета создала карбид-кремниевый (SiC) транзистор, работающий при 600 °C (873 K), с использованием ионной имплантации — этапа легирования, применяемого на коммерческих фабриках по производству чипов. Разрыв между расчетным и измеренным пороговым напряжением при 400 °C удалось сократить до менее 0,1 В по сравнению с более чем 2 В в традиционной конструкции. Работа, анонсированная в начале этого месяца Мицуаки Канэко, Сюней Сибатой и Цунэнобу Кимото и опубликованная в APL Electronic Devices, объединяет транзистор с нижним затвором и структуру изоляции с двойным карманом, чтобы сохранить стабильность ионно-имплантированного SiC-полевого транзистора с управляющим pn-переходом (JFET) при температурах, при которых кремний перестает работать выше примерно 250 °C.
Компоновка с нижним затвором размещает электрод затвора под каналом, что захватывает легирующие примеси, рассеивающиеся глубже, чем предполагалось при имплантации — эффект каналирования, который приводил к отклонению порогового напряжения традиционных JFET с верхним затвором более чем на 2 В. После компенсации хвоста каналирования разрыв между расчетным и измеренным пороговым напряжением снизился до менее 0,1 В при 400 °C.
Структура с двойным карманом изолирует каждый прибор внутри pn-перехода, а не опирается на полуизолирующую подложку SiC снизу, которая теряет свои изолирующие свойства при нагреве и пропускает ток утечки через пластину. Группа Канэко сообщила, что остаточная утечка близка к теоретическому минимуму, определяемому собственными свойствами материала SiC, поэтому на уровне прибора почти не осталось возможностей для ее улучшения.
Для сравнения: Исследовательский центр Гленна НАСА в течение более года эксплуатировал интегральные схемы на SiC JFET, содержащие более 175 транзисторов, при 500 °C на воздухе, а также 60 дней на имитированной поверхности Венеры при 460 °C и 9,3 МПа без экранирования, согласно опубликованным испытаниям агентства. Эти чипы изготовлены из эпитаксиальных JFET-резисторных приборов по специализированному процессу. Исследователи из Киото достигли более высокой температуры прибора с помощью ионной имплантации — метода, уже стандартного для массовых фабрик, что подходит для существующего массового производства.
SiC уже масштабируется как материал для силовых пластин, но высокотемпературная логика — это отдельная и гораздо более узкая ниша. Это не единственный широкозонный материал, исследуемый для таких условий: недавно исследователи продемонстрировали приборы, работающие от 500 °C вплоть до абсолютного нуля на других соединениях.
Транзистор является нормально открытым, то есть проводит ток без приложенного напряжения на затворе и потребляет ток в режиме ожидания. Эффективная логика требует комплементарных пар, построенных из нормально закрытых приборов, а этот таковым не является. Группа Кимото уже продемонстрировала комплементарные логические вентили на SiC JFET при 350 °C, и следующим шагом станет разработка нормально закрытых приборов в новой структуре для создания маломощных комплементарных схем. Длительная надежность при высокой температуре и термостойкая упаковка — лишь две проблемы, которые исследователям предстоит решить, прежде чем такие устройства попадут в газовую турбину или на Венеру.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Luke James
