京都大學成功利用SiC半導體實現350°C高溫之積體電路基本動作實證

 

刊登日期:2022/4/28
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京都大學發表成功地使用碳化矽(SiC)半導體的積體電路進行了350°C高溫環境條件下的基本動作實證。

Si半導體在250°C左右會發生錯誤作動,並且無法在更高溫度的環境中運作,因此對於具有更好的耐熱性且即使在大約800°C下亦能動作的SiC積體電路的利用寄予期待。但是如果以SiC製造與Si積體電路的電晶體同樣的構造,將會因為SiC 特有的缺陷促使特性控制變得困難,無法確保高溫環境下的可靠性,並有高消耗電力的問題。

為了解決這些問題,與Si積體電路之金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)不同結構的SiC積體電路用電晶體的相關開發不斷演進,其中接面場效電晶體(JFET)在電流流動區域沒有如同MOSFET般的物理界面缺陷,因此可望做為構成高溫動作SiC積體電路之電晶體進行運用。但是以一般方法製作的JFET由於無法如同MOSFET般在同一基板上構成n型與p型結合的互補型電路,需要較大的待機電力,因此有低消耗電力化的需求。

在此背景之下,京都大學提出了獨特的電晶體構造與電路配置,並成功地進行了從室溫到350°C的SiC邏輯閘(Logic Gate)動作實證,且實現了低消耗電力的運作。

實現此項技術有2項重點。首先是實現了一般JFET製造方法無法達成在同一基板上同時製造n型與p型之技術。京都大學在整個元件構造透過離子注入進行局部傳導型控制,進而成功地在同一基板上製作出n型與p型JFET。

另一項重點則是利用JFET實現了在閘極端子沒有施加電壓時不允許電流流動之電晶體的常閉型(Normally-off)特性。雖然此項特性也很難利用一般 JFET 的製造方法達成,但京都大學透過從兩側夾住溝道區域以形成閘極區域的雙閘極構造,進而實現了常閉型JFET的製作。

經過實證,確認製作出的互補型JFET可在室溫至350℃的溫度範圍內正常動作,待機狀態下的消耗電力最大可控制在數十nW以下。此外,京都大學表示此次研究的優點在於提案的電路可利用SiC半導體的標準製程進行製造,但仍需要進一步的基礎研究以確定JFET是否可以如同MOSFET 般達到趨於微細化、小型化、高速化、高機能化的目標。


資料來源: https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220325-2304045/
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