Japanilaiset (NICT) ja (TUAT) tutkijat ovat kehittäneet pystysuoran Ga2O3-metallioksidipuolijohteeseen perustuvan mosfetin, jossa hyödynnetään täysionista seostusprosessia sekä n- että p-tyypille. Innovaatio avaa tietä uuden sukupolven edullisille ja erittäin valmistettaville Ga2O3-tehoelektroniikkapiireille.
Laajakaistaisiin puolijohteisiin kuten galliumoksidiin perustuvan uuden sukupolven piirien odotetaan mullistavan tehoelektroniikkateollisuutta. Ga2O3 lupaa dramaattista vähennystä tehojärjestelmien koossa, painossa sekä kustannuksissa ja energiankulutuksessa lisäämällä sekä tehotiheyttä että tehon muuntamistehokkuutta piirikohtaisella tasolla.
Ensimmäisen yksikiteisen Ga2O3-transistorin demonstrointi tapahtui vuonna 2011. Parin viime vuosien aikana Ga2O3-transistorien kehitys on keskittynyt sivusuuntaiseen geometriaan. Ne eivät kuitenkaan sovellu suurille virroille ja suurille jännitteille.
Pystysuuntainen geometria mahdollistaa suuremmat virrat ilman sirukoon suurentamista, yksinkertaistettua lämmönhallintaa ja paljon parempaa kentän terminointia.
Vertikaalisen transistorikytkimen ominaisuuksia kehiteltiin tuomalla puolijohdeseostukseen kaksi epäpuhtausmuotoa: n-tyyppistä, joka tarjoaa liikkuvat varauskantajat ja p-tyyppistä, joka mahdollistaa jännitteen blokkauksen.
Masataka Higashiwakin johdolla toimiva NICT-ryhmä on aiemmin kehittänyt piin käyttöä n-tyypin lisäaineena Ga2O3-rakenteissa ja on nyt toteuttanut typen (N) käyttöä p-tyypin lisäaineena. Viimeisimpänä saavutuksenaan tiimi onnistui Si- ja N-seostuksilla muokkaamaan Ga2O3-transistoria ensimmäistä kertaa. Tämä onnistui ioni-implantaationa tunnetun suurenergisen prosessin käyttöönoton kautta.
Täysionisen implantoinnin demonstrointi vertikaalisessa Ga2O3-transistorissa parantaa suuresti Ga2O3-perustaisen tehoelektroniikan mahdollisuuksia. Tutkijat kehittivät myös Ga2O3-perusmateriaalin kasvatusta nopeaksi ja vähäisiä epäpuhtauksia sisältäväksi.
Tutkijoiden mukaan pystysuorat tehopiirit ovat vahva ehdokas tuottamaan yli 100 ampeerin virtoja ja yli 1 kilovoltin jännitteitä monille teollisuus- ja autokäyttöjen järjestelmille.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 19.12.2018
