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近日，京都大學(xué)（Kyoto University）宣布，使用SiC半導(dǎo)體集成電路成功演示了Si半導(dǎo)體集成電路無法運行的350°C高溫環(huán)境下的基本運行。
該結(jié)果基于京都大學(xué)工學(xué)研究生院助理教授金子光明和木本恒信教授的研究團隊。詳情于3月25日在青山學(xué)院大學(xué)相模原校區(qū)于3月22日至26日在線舉行的“第69屆日本應(yīng)用物理學(xué)會春季學(xué)術(shù)講座會”上公布。
據(jù)說 Si 半導(dǎo)體在 250°C 左右會發(fā)生故障，無法在更高溫度的環(huán)境中工作。因此，期望利用具有更好耐熱性并且甚至可以在大約800°C下工作的SiC集成電路。但是，如果用SiC制造與Si集成電路中的晶體管類似的結(jié)構(gòu)，則特性將由于 SiC 特有的缺陷，難以控制高溫環(huán)境下的可靠性，并且存在功耗高的問題。
為了解決這些問題，正在開發(fā)與Si集成電路中的MOSFET不同的結(jié)構(gòu)的SiC集成電路用晶體管，其中，JFET在電流流動區(qū)域沒有MOSFET那樣的物理界面缺陷。因此，作為構(gòu)成高溫動作的SiC集成電路的晶體管，很有前景。
但是，通過一般方法制造的JFET，由于無法像MOSFET那樣在同一基板上構(gòu)成n型和p型組合的互補電路，因此需要大的待機功率和低功耗，需要進行轉(zhuǎn)換。
通過一般方法制作的n型JFET的示意圖（晶體生長）
（來源：京都大學(xué)新聞發(fā)布PDF）
在此背景下，研究團隊提出了獨特的晶體管結(jié)構(gòu)和電路配置。據(jù)說它成功地演示了 SiC 邏輯門從室溫到 350°C 的運行，并以低功耗運行。
有兩個實現(xiàn)點。首先是實現(xiàn)了在同一襯底上同時制造 n 型和 p 型的技術(shù)，這在傳統(tǒng)的通用 JFET 制造方法中是不可能的。通過對整個器件結(jié)構(gòu)進行離子注入進行局部導(dǎo)電型控制，據(jù)說它成功地在同一襯底上生產(chǎn)了n型和p型JFET。
通過所提出的方法（離子注入）生產(chǎn)的n型和p型JFET的示意圖（來源：京都大學(xué)新聞發(fā)布PDF）
第二個是JFET實現(xiàn)了常關(guān)型特性，即在沒有電壓施加到柵極端子時不允許電流流動作為晶體管的特性。據(jù)說這種特性也很難通過一般的 JFET 制造方法實現(xiàn)，但通過采用雙柵極結(jié)構(gòu)，通過從兩側(cè)夾住溝道區(qū)域來構(gòu)成柵極區(qū)域，可以制造常關(guān)型 JFET。據(jù)說已經(jīng)完成了。
經(jīng)證實，制造的互補型JFET在室溫至350℃的溫度范圍內(nèi)正常工作，待機狀態(tài)下的功耗大可抑制在幾十nW以下。
研究團隊解釋說，本次研究的優(yōu)點是本次提出的電路可以使用作為功率半導(dǎo)體的SiC半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)工藝來制造，但我們將繼續(xù)進行MOSFET，需要進一步的基礎(chǔ)研究來確定是否JFETs可以通過小型化做得更小、更快、更精密，還需要繼續(xù)研究。
*免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。
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