El silicio ha proporcionado enormes beneficios a la industria de la electrónica de potencia. Pero el rendimiento de la electrónica de potencia a base de silicio está llegando a su capacidad máxima.
Ingrese semiconductores de banda ancha WBG. Considerados como significativamente más eficientes energéticamente, se han convertido en competidores líderes en el desarrollo de transistores de efecto de campo FET para la electrónica de potencia de próxima generación. Dicha tecnología FET beneficiaría todo de la red eléctrica.distribución de fuentes de energía renovables a motores de automóviles y trenes.
Diamond es ampliamente reconocido como el material más ideal en el desarrollo de WBG, debido a sus propiedades físicas superiores, que permiten que los dispositivos funcionen a temperaturas, voltajes y frecuencias mucho más altas, con pérdidas de semiconductores reducidas.
Sin embargo, un desafío principal para lograr todo el potencial del diamante en un tipo importante de FET, a saber, los transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido de metal MOSFET, es la capacidad de aumentar la movilidad del portador del canal del agujero.Esta movilidad, relacionada con la facilidad con la que fluye la corriente, es esencial para la corriente en estado de MOSFET.
Los investigadores de Francia, el Reino Unido y Japón incorporan un nuevo enfoque para resolver este problema utilizando el régimen de agotamiento profundo de los MOSFET de diamantes dopados con boro a granel. La nueva prueba de concepto permite la producción de estructuras simples de MOSFET de diamantes a partir depilas de epilayer dopadas con boro. Este nuevo método, específico de los semiconductores WBG, aumenta la movilidad en un orden de magnitud. Los resultados se publican esta semana en letras de física aplicada , de AIP Publishing.
En una estructura MOSFET típica, se forma una capa de óxido y luego una puerta metálica encima de un semiconductor, que en este caso es un diamante. Al aplicar un voltaje a la puerta metálica, la densidad del portador y, por lo tanto, la conductividad, dela región del diamante justo debajo de la puerta, el canal, se puede cambiar dramáticamente. La capacidad de usar este "efecto de campo" eléctrico para controlar la conductividad del canal y cambiar MOSFETS de conducción estado activado a altamente aislante estado desactivadoimpulsa su uso en aplicaciones de control de potencia. Muchos de los MOSFET de diamante demostrados hasta la fecha dependen de una superficie de diamante terminada en hidrógeno para transferir portadores cargados positivamente, conocidos como agujeros, en el canal. Más recientemente, la operación de estructuras MOS de diamante terminadas en oxígeno en unse ha demostrado un régimen de inversión similar al modo de funcionamiento común de los MOSFETS de silicio. La corriente en estado de un MOSFET depende en gran medida de la movilidad del canal y, en muchos de estos diseños de MOSFET, la movilidades sensible a los estados de rugosidad y defectos en la interfaz de diamante de óxido donde se produce la dispersión no deseada del portador.
Para abordar este problema, los investigadores exploraron un modo diferente de operación, el concepto de agotamiento profundo. Para construir su MOSFET, los investigadores depositaron una capa de óxido de aluminio Al2O3 a 380 grados Celsius sobre un epitaxial de diamante grueso terminado en oxígenocrearon agujeros en la capa de diamante al incorporar átomos de boro en la capa. El boro tiene un electrón de valencia menos que el carbono, por lo que al dejar un electrón faltante que actúa como la adición de una carga positiva, o agujero.como un canal de agujero conductor grueso. El transistor se cambió del estado encendido al estado apagado mediante la aplicación de un voltaje que repele y agota los agujeros: la región de agotamiento profundo. En los transistores basados en silicio, este voltaje también habríaresultó en la formación de una capa de inversión y el transistor no se habría apagado. Los autores pudieron demostrar que las propiedades únicas del diamante, y en particular la gran brecha de banda, supprFormación de la capa de inversión que permite la operación en el régimen de agotamiento profundo.
"Fabricamos un transistor en el que el estado de encendido está asegurado por la conducción del canal a través de la epilayer de diamantes dopados con boro", dijo Julien Pernot, investigador del Instituto NEEL en Francia y autor del artículo ".el estado apagado está asegurado por la gruesa capa aislante inducida por el régimen de agotamiento profundo. Nuestra prueba de concepto allana el camino para explotar completamente el potencial del diamante para aplicaciones MOSFET ". Los investigadores planean producir estas estructuras a través de su nueva startup llamada DiamFab.
Pernot observó que principios similares de este trabajo podrían aplicarse a otros semiconductores WBG. "El boro es la solución antidopaje para el diamante", dijo Pernot, "pero otras impurezas impurificantes probablemente serían adecuadas para permitir que otros semiconductores de banda ancha alcancen una profundidad estable establerégimen de agotamiento "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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