🇯🇵 SiC. Силовая электроника. Высокотемпературная. Горизонты технологий. Япония

Разработан прототип SiC-транзистора, работающий при 600 °C

Исследовательская группа Киотского университета опубликовала в журнале APL Electronic Devices статью, в которой описана новая конструкция транзистора на основе карбида кремния (SiC), способного стабильно работать при температуре 600 °C. Работа выполнена под руководством профессора Цунэнобу Кимото, первый автор - Мицуаки Канэко. В отличие от предыдущих разработок, новая структура решает 2 ключевые проблемы, десятилетиями препятствовавшие созданию практических SiC-приборов для экстремальных условий.

📌 Новая конструкция: вместо традиционного верхнего затвора (top-gate) исследователи применили нижний затвор (bottom-gate), разместив управляющий электрод под каналом транзистора. Это позволило компенсировать разброс примесных атомов при ионной имплантации и снизить расхождение между расчётным и измеренным пороговым напряжением с более чем 2 В до менее 0,1 В при 400 °C.

📌 Второе усовершенствование - двойная колодезная структура (double-well isolation) вместо полуизолирующей подложки SiC: элементы изолированы друг от друга pn-переходами, которые сохраняют свойства при нагреве и подавляют токи утечки, которые ранее возрастали на порядки. В результате при 600 °C ток утечки оказался на порядок ниже, чем у традиционных приборов при 400 °C, и приблизился к теоретическому пределу, определяемому собственными свойствами SiC.

💎 Почему 600 °C - важная цель. Обычная кремниевая электроника перестаёт работать уже выше 250 °C. Внутри реактивных двигателей, в скважинах геотермальных станций, в промышленных печах или на поверхности Венеры (460 °C) температура не оставляет выбора: компоненты должны выдерживать экстремальный нагрев без активного охлаждения. Среди коммерчески доступных широкозонных полупроводников SiC - наиболее зрелая технология: он уже используется как материал для силовых приборов, а его широкая запрещённая зона (3,2 эВ) обеспечивает принципиальную возможность работы при температурах, недоступных для кремния.

Однако это пока только прототип. Нынешний транзистор выполнен в normally-on конфигурации - то есть без управляющего сигнала он открыт, а не закрыт, что неприемлемо для большинства практических применений. Следующий шаг команды - создать normally-off транзистор в рамках новой конструкции и на его основе разработать комплементарную JFET-интегральную схему с n- и p-каналами. В еще более отдаленной перспективе - создание более сложных схем, переход на пластины промышленного размера и обеспечение долговременной надёжности всей конструкции в экстремальных условиях. Тем не менее сам факт, что первая же попытка новой конструкции показала работу при 600 °C, подтверждает: SiC-электроника для экстремальных условий может быть одновременно точной и надёжной. ||

((картинки - авторов публикации DOI: 10.1063/5.0346734 ; тему подсказал - TechPublisher))

✓ Подпишитесь на RUSmicro в Telegram | в Max