EXAMEN
Récemment, l'Institut national japonais de l'information et des communications Technologie de l'Université d'Agriculture de Tokyo et démontre un type d'oxyde de gallium vertical (Ga203) transistor oxyde métallique champ semi-conducteur effet (MOSFET), qui utilise dopant et le type P processus de type N « pleine implantation ionique », faible coût, une nouvelle ère de l'électronique de puissance Ga2O3 haute fabricabilité de pavage.
fond
L'électronique de puissance, le contrôle de la puissance et la discipline participe à la conversion d'une des applications de commande de moteur, véhicules électriques, centre de données, réseau, etc.. L'électronique de puissance, à savoir, le redresseur (diode) et un commutateur (transistor), la composition de la puissance de l'élément de base de circuits électroniques.
Diodes (Source: Wikipedia)
Transistor (Source: Wikipedia)
Partout autour de nous une large gamme d'électronique de puissance, qui sont généralement utilisés pour modifier la tension peut être conversion courant alternatif ou continu, par exemple: un dispositif électronique portable pour charger la puissance mobile, la batterie du véhicule électrique, l'équipement de transmission de puissance lui-même.
Aujourd'hui, le dispositif d'alimentation principale faite d'une composition de silicium (Si), mais de tels dispositifs de puissance se rapprochent de leurs limites de performance fondamentales, de telle sorte que le système de puissance du commerce devient encombrant et inefficace.
Basé sur le nouveau grand dispositif de puissance à semi-conducteur bandgap d'oxyde de gallium (Ga203), il devrait révolutionner l'industrie de l'électronique de puissance.
la structure cristalline de l'oxyde de gallium - schématique (Source: Wikipedia)
est désigné par la troisième génération de matériaux semi-conducteurs, y compris le diamant, SiC, GaN et analogues large matériau semiconducteur à bande interdite (gap bande supérieure à 2,2 eV). En comparaison avec le premier, le deuxième matériau semi-conducteur, la troisième génération de matériau semi-conducteur ayant un grand intervalle de bande, la vitesse de dérive des électrons de haute saturé, à faible constante diélectrique, une bonne conductivité et d'autres avantages. Par rapport large matériau semi-conducteur à bande interdite sur un circuit avec un circuit à base de silicium traditionnel, plus haute densité de puissance et de faible consommation d'énergie. Ga2O3 par « niveau de l'appareil » densité de puissance de l'augmentation et de l'efficacité de conversion de puissance, devrait permettre de réduire considérablement la taille, le poids, le coût et la consommation d'énergie du système.
Avant, je vous ai présenté un document publié à l'Institut américain de physique publié dans « Applied Physics Letters (Applied Physics Letters) » __gVirt_NP_NN_NNPS<__ le magazine [3], dans le document, les chercheurs ont démontré la « large par de nouvelles expériences matériau semi-conducteur à bande interdite Ga2O3 « destiné à nanostructures, de telle sorte que les électrons se déplacent plus rapidement dans la structure cristalline. Electronique tels que « facile » débit, donc Ga2O3 étaient idéales pour les systèmes de communication à haute fréquence et la puissance des appareils électroniques d'économie d'énergie.
(Source: Choong Hee Lee et Zhang Yuewei)
innovation
Récemment, les travailleurs a démontré une "longitudinale" transistor champ semi-conducteur à oxyde de métal oxyde de gallium effet Institut national japonais de l'information et de la technologie des communications (NTIC) et Tokyo University of Agriculture (Touat) (MOSFET), qui utilise « pleine implantation ionique (tout-ion implanté ) nouveau dopant de processus de type N Ga2O3 électronique de puissance » âge et le type P, à faible coût, élevé asphaltage de la fabricabilité.
technologie
En 2011, la première NICT fait une démonstration unique de transistors révolutionnaires cristal Ga2O3, ce qui a conduit à des activités internationales de recherche intensive, pour cette nouvelle science des semi-conducteurs d'oxyde de type et l'ingénierie d'une étude [4].
Au cours des dernières années, le développement de la recherche axée sur le transistor Ga2O3 géométrie latérale. Cependant, en raison de la grande surface de l'appareil, la fiabilité de la production de chaleur, l'instabilité de la surface, est résiste pas facilement dispositifs latéraux nécessaires pour de nombreuses applications « essai de courant à haute et haute tension ».
En revanche, la géométrie longitudinale peut être entraîné avec un courant supérieur, sans augmenter la taille de la puce, ce qui simplifie la gestion thermique, et porter « meilleur » de la butée sur le terrain. transistor vertical caractéristiques de commutation, par l'introduction d'impuretés (deux dopants) dans le semi-conducteur conçu. Lorsque le commutateur est « ouvert », dopant de type n, il est prévu pour transporter le courant d'un support mobile (électrons), lorsque l'interrupteur est « off », le dopage de type P, va commencer le blocage de tension.
Masataka Higashiwaki NICT équipe de recherche dirigée a pris la tête comme dopant de type N, mais la communauté scientifique a longtemps été de trouver un effort de dopant approprié de type P silicium (Si) dans le dispositif Ga2O3. Plus tôt cette année, la même équipe de recherche, d'azote de faisabilité publiée (N) en tant que dopant de type P [5]. Les résultats les plus récents comprennent des premier dopant est introduit par un procédé à haute énergie, ce qu'on appelle « l'implantation d'ions », avec l'intégration de silicium dopé à l'azote, une conception de transistor Ga2O3.
3 décembre l'étude publiée dans la revue « Lettres de périphérique IEEE Electron » [2] dans un document en ligne sous la forme d'un accès précoce, et devrait apparaître dans le journal de cette période publiée en Janvier 2019. L'étude repose sur la base d'une étude à l'heure, cette étude a utilisé différents dopant accepteur [6].
Chercheur principal Centre de développement des dispositifs Green ICT, auteur principal du papier Man Hoi Wong a déclaré: « Nous avons commencé à étudier un dopage de type P avec du magnésium, mais ce dopant ne peut pas fournir les performances souhaitées, car il est dans le traitement à haute température il est le cas où la diffusion de l'azote de l'autre côté, beaucoup de haute stabilité thermique, fournissant ainsi une occasion unique de concevoir et de fabriquer dispositif de haute Ga2O3 ".
matériau de base Ga2O3 pour le MOSFET vertical, est appelé par « épitaxie en phase vapeur d'halogénure (l'HVPE) » Production de la technologie de la croissance des cristaux. HVPE mis au point par le professeur TUAT Yoshinao Kumagai et Hisashi Murakami, capable de « haute vitesse, de faibles niveaux d'impuretés », la croissance du film mince monocristallin Ga2O3 [7]. Les chercheurs mode de réalisation, trois étapes d'implantation d'ions, le contact de type N est formée dans un MOSFET, à canal N, la couche de blocage de courant de type P (CBLS) (Figure 1). Ce dispositif présente de très bonnes caractéristiques électriques, y compris la réalisation d'une densité de courant de 0,42 kA / cm2, la résistance spécifique en 31,5 mQ · cm2, et de plus de huit ordres de grandeur plus élevé que le drain commutateur de courant (figure 2). En améliorant la qualité de la couche d'isolation de grille et l'optimisation du schéma de dopage, la performance est encore améliorée facilement.
Vue d'un MOSFET Ga2O3 longitudinal (A) et une vue schématique en coupe (b) une vue en plan d'une micrographie optique (Source: NTIC)
La figure deux MOSFET Ga2O3 longitudinal (A) et la sortie à courant continu (b) des caractéristiques de transfert (Source: NTIC)
valeur
Directeur des NTIC périphériques TIC vert Advanced Development Centre Higashiwaki dit :. « Notre succès est un développement révolutionnaire, devrait avoir un effet transformateur sur la technologie des dispositifs d'alimentation Ga2O3, » Ion Implantation « est une technique de fabrication multi-fonctionnels, tels que le silicium dispositif semi-conducteur en carbure de silicium (SiC) de cristaux MOSFET de production commerciales et analogues est largement utilisé. pour une présentation complète du transistor Ga2O3 implantation ionique vertical, améliore considérablement les perspectives de Ga2O3 sur la base de l'électronique de puissance ".
Higashiwaki et Wong a déclaré: « dispositif de puissance verticale est le plus puissant concurrent, il peut dépasser le 100A courant combiné à la tension supérieure à 1 kV, de nombreux véhicules cette liaison est nécessaire, mais aussi les systèmes électriques de l'industrie de l'énergie électrique et véhicules Je avais besoin ".
Effet de l'art Ga2O3 sera entièrement pris en charge par les substances naturelles croissance « méthode en fusion », cette substance est un facteur clé de l'industrie du silicium. industrie silicium a dominé le marché des semi-conducteurs, le rendement annuel de centaines de milliards de dollars. Les chercheurs ont expliqué: « carbure de portrait (SiC) et des dispositifs de puissance de nitrure de gallium (GaN) sont dans une certaine mesure, entravé le substrat pour Ga2O3 coûteux, d'un substrat de grande taille naturelle de haute qualité. en ce qui concerne la large bande interdite de SiC à la technologie GaN actuellement utilisé pour fournir un avantage de coût unique et important de ces nouvelles technologies émergent rapidement ".
mot-clé
Un transistor, un dispositif de puissance à semi-conducteur, un nitrure de gallium
Documents de référence
[1]
[2] https://ieeexplore.ieee.org/document/8556005
[3] Yuewei Zhang, Adam Neal, Zhanbo Xia, Chandan Joishi, Jared M. Johnson, Yuanhua Zheng, Sanyam Bajaj, Mark Brenner, Donald Dorsey, Kelson Chabak, Gregg Jessen, Jinwoo Hwang, Shin Mou, Joseph P. Heremans, Siddharth rajan démonstration de la grande mobilité et le transport quantique en modulation dopée - (AlxGa1-x) 2O3 / Ga2O3 hétérostructures Applied Physics Letters, 2018; 112 (17): .. 173.502 DOI: 10.1063 / 1,5025704
[4] M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, et S. Yamakoshi, "Gallium oxyde (Ga2O3) des transistors métal-semiconducteur à effet de champ sur des substrats de ß-Ga2O3 (010) monocristallin," Appl. Phys. Lett., vol 100., no. 1, p. 103504, janvier 2012.
[5] MH Wong, C.-H. Lin, A. Kuramata, S. Yamakoshi, H. Murakami, Y. Kumagai, et M. Higashiwaki, "Acceptor dopage de -Ga2O3 par implantations d'ions Mg et N", Appl . Phys. Lett., vol 113., n ° 10, p. 102103., septembre 2018.
[6] MH Wong, K. Goto, Y. Morikawa, A. Kuramata, S. Yamakoshi, H. Murakami, Y. Kumagai, et M. Higashiwaki, « All-ion implanté plane porte-ouverture de courant verticales Ga2O3 MOSFET avec couche de blocage dopée mg, « Appl. Phys. express, vol. 11, no. 6, p. 064102, juin 2018.
[7] H. Murakami, K. Nomura, K. Goto, K. Sasaki, K. Kawara, QT Thieu, R. Togashi, Y. Kumagai, M. Higashiwaki, A. Kuramata, S. Yamakoshi, B. Monemar, et A. Koukitu, "croissance homoépitaxiale de couches -Ga2O3 par épitaxie en phase vapeur d'halogénure," Appl. Phys. express, vol 8., no 1, p. 015503., janvier 2015.
