Energieffektiv effektelektronik:Galliumoxideffekttransistorer med rekordværdier

Ferdinand-Braun-Institut (FBH) har opnået et gennembrud med transistorer baseret på galliumoxid (ß-Ga) ₂ O ₃ ). Den nyudviklede ß-Ga ₂ O ₃ -MOSFET'er (metal-oxid-semiconductor field-effect transistor) giver en høj gennembrudsspænding kombineret med høj strømledningsevne.

Kraftige elektroniske komponenter er uundværlige for fremtidig kommunikation, for den digitale transformation af samfundet og for kunstig intelligens-applikationer. På et så lille fodaftryk som muligt, de skal tilbyde lavt energiforbrug og opnå stadig højere effekttætheder, dermed arbejde mere effektivt. Det er her, konventionelle enheder når deres grænser. Forskere over hele verden undersøger derfor nye materialer og komponenter, der kan opfylde disse krav. Ferdinand-Braun-Institut (FBH) har nu opnået et gennembrud med transistorer baseret på galliumoxid (ß-Ga) ₂ O ₃ ).

Den nyudviklede ß-Ga ₂ O ₃ -MOSFET'er (metal-oxid-semiconductor field-effect transistor) giver en høj gennembrudsspænding kombineret med høj strømledningsevne. Med en gennembrudsspænding på 1,8 kilovolt og et rekordstort effekttal på 155 megawatt pr. kvadratcentimeter, de opnår unikke præstationstal tæt på den teoretiske materialegrænse for galliumoxid. På samme tid, de opnåede nedbrydningsfeltstyrker er væsentligt højere end dem for etablerede halvledere med bred båndgab, såsom siliciumcarbid eller galliumnitrid.

Optimeret lagstruktur og gatetopologi

For at opnå disse forbedringer, FBH-holdet tog fat på lagstrukturen og porttopologien. Grundlaget blev leveret af substrater fra Leibniz-Institut für Kristallzüchtung med en optimeret epitaksial lagstruktur. Som resultat, defekttætheden kunne reduceres og de elektriske egenskaber forbedres. Dette fører til lavere on-state modstande. Gaten er det centrale 'omskiftningspunkt' for felteffekttransistorer, styret af gate-source spændingen. Dens topologi er blevet yderligere optimeret, gør det muligt at reducere høje feltstyrker ved portkanten. Dette fører igen til højere gennembrudsspændinger. De detaljerede resultater blev offentliggjort online den 26. august, 2019 i IEEE-elektronenhedsbogstaver september nummer.