Дослідники Кіотського університету розробили інноваційний транзистор на основі карбіду кремнію (SiC), здатний функціонувати за екстремальних температур — до 600 °C. Така стійкість відкриває нові перспективи для промислової електроніки, яка має працювати у середовищах, де звичайні кремнієві мікросхеми швидко виходять з ладу. Результати дослідження були опубліковані у журналі APL Electronic Devices. Про це розповідає KURAZH
Технологічні особливості нового транзистора
В основі прориву лежить використання іонної імплантації — перевіреного методу легування, який широко застосовується у виробництві мікросхем. Завдяки цьому підходу нову конструкцію можна легко інтегрувати у сучасні виробничі процеси. Головною інновацією стала схема з нижнім затвором, розташованим під каналом транзистора. Така конфігурація дозволяє компенсувати ефект каналювання, коли частина домішок під час імплантації проникає глибше, ніж потрібно, що впливає на точність роботи пристрою.
Завдяки цим рішенням різницю між розрахунковою та реальною пороговою напругою вдалося зменшити з понад 2 В до менш ніж 0,1 В при температурі 400 °C. Додатково застосовано конструкцію з подвійною ізоляцією, побудованою на основі p-n-переходів, що суттєво знижує ризик витоку струму навіть у випадку сильного нагрівання підкладки SiC.
Перспективи застосування та подальший розвиток
Карбіду кремнію вже широко використовують у силовій електроніці, але високотемпературна логіка залишається рідкістю. Новий транзистор потенційно стане незамінним в авіаційних і космічних системах, промисловому обладнанні, енергетиці та дослідженнях екстремальних середовищ, де ефективне охолодження електроніки майже неможливе.
Важливою перевагою є те, що технологія розробки пристрою базується на поширених виробничих процесах, що значно спрощує потенційне масштабування продукції у майбутньому.
Варто зазначити, що наразі транзистор є нормально відкритим, тобто проводить струм без подачі напруги на затвор і споживає енергію у режимі очікування. Для створення енергоефективної логіки потрібні комплементарні пари з нормально закритих пристроїв, які ще не реалізовані у даній конструкції. Команда Кімото вже досягла успіху у створенні комплементарних логічних вентилів на основі SiC JFET, що працюють при 350 °C, і наступною метою є розробка нормально закритих пристроїв у новій структурі для малопотужних комплементарних схем.