Создан транзистор, способный работать при 600 °C

Карбид кремния считается самым перспективным полупроводником для электроники, способной работать в экстремальных условиях, но несмотря на десятилетия исследований, он так и не вышел за пределы лабораторий в этом качестве. В Киотском университете дело, судя по всему, сдвинулось с мертвой точки. Там разработан полевой транзистор с кристаллом SiC, сохраняющий приемлемые параметры при температуре до  600 °C. Результаты испытаний лабораторного прототипа в раскаленной вакуумной камере опубликованы в журнале APL Electronic Devices.

«Причиной отсутствия прогресса мы полагаем то, что научное сообщество до сих пор пытается перенести подходы, выработанные для кремния, на материал с принципиально иными свойствами», — считает инженер-электроник Канеко Мицуаки, первый автор статьи.

Новый высокотемпературный прибор относится к полевым транзисторам с управляющим p‑n‑переходом (JFET). Казалось, такие элементы остались в прошлом веке, однако недавние исследования показали, что списывать со счетов их пока преждевременно. Вместе с тем, JFET традиционной конструкции — с верхним затвором на полуизолирующей подложке — для жарких условий не очень приспособлены: от температуры у них ухудшается управление пороговым напряжением и растут токи утечки.

«Наша цель — проложить новый путь с помощью комплементарных JFET, спроектированных так, чтобы максимально использовать собственные свойства самого карбида кремния», — говорит Канеко.

В разработке нового JFET исследователи сознательно применили стандартные для промышленности методы изготовления. Чтобы улучшить контролируемость порогового напряжения, выбрали конструкцию с нижним расположением затвора, а для снижения токов утечки вместо полуизолирующей подложки сделали «изоляцию на основе колодцев» — обратно смещенных p-n-переходов.

Применение нижнего затвора заметно повысило точность управления пороговым напряжением и позволило радикально снизить ток утечки — теперь он вплотную приблизился к теоретическому пределу, диктуемому физическими свойствами карбида кремния.

До практического применения новому транзистору далеко — хотя бы потому, что он открыт в отсутствие управляющего напряжения (а должно быть наоборот). Разработчики надеются, что после преодоления этой и некоторых других технических сложностей, а также решения проблемы масштабирования их детище найдет применение в зондах для полетов на Венеру, авиадвигателях и других горячих местах.