钻石finFETs;在氧化镓找到缺陷。
钻石finFETs
HRL实验室做出了新的和重要的钻石finFETs进步发展。
HRL,波音公司和通用汽车(General Motors)之间的联合研发风险,开发了一个新的电阻金刚石场效应晶体管的再生技术。这反过来对商业钻石场效应晶体管铺平了道路。应用包括宇宙飞船、卫星与极端温度和系统。
还在研发、金刚石场效应晶体管(fet)有许多有趣的属性和其他应用程序。这些都是ultra-wide-bandgap设备细分领域和高的热导率。钻石、氧化镓和其他的性能优于传统的硅设备等宽带隙材料氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)。
硅的能带隙1.1 eV。相比之下,SiC的能带隙3.3 eV,而甘为3.4 eV。与传统的硅设备相比,SiC击穿场强的10倍和3倍的热导率。二进制III-V材料,同时,氮化镓10倍的击穿场强比硅电子迁移率的两倍。
相比之下,钻石具有宽禁带(5.45 eV),高击穿字段(10 mv /厘米),和高导热系数(22 w / cmK)。在金刚石场效应晶体管,大多数已经将他们的精力hydrogen-terminated fet(场),这反过来又创造了一个“p型导电通道在钻石表面氢终止,”根据HRL的科学报告科技日报》。
但也有一些可靠性问题时,这些设备在高温条件下运行。这和其他挑战为什么钻石设备仍在研发。
为了克服这些问题,HRL两年前发达消耗殆尽的钻石finFET100海里鳍装置。这是基于p + / p−金刚石薄膜在金刚石衬底,根据水平标准线。但是在这个过程中,顶部表面容易损伤和缺陷。
为了避免这些问题,休斯研究设计了一种电阻再生技术。在实验室中,研究人员使用10×10平方毫米无掺杂的金刚石衬底。“p +层是再生的使用有图案的二氧化硅与微波等离子体CVD面具,”据HRL科学报告。“Ti / Pt /非盟是蒸发后形成良好的欧姆接触525°C退火后,氩气再生和面具删除。”
闸极介电层是沉积使用原子层沉积(ALD)。“顺从地把大门在鳍的侧壁,Al金属是气急败坏的光刻胶,然后金属升空。最后用湿蚀刻的欧姆接触垫都是开着的,”据HRL的科学报告。
”这一新技术的发展我们可以使用一种称为欧姆再生极大地提高finFET的导电率,”黄Biqin说,HRL的首席研究员finFET项目。“当我们第一次怀孕finFET设计,我们知道我们需要这个电阻再生过程成功的晶体管可以执行实际应用的很好。在我们先前的论文表明,钻石晶体管工作;现在,我们已经证明我们可以完成电阻与金刚石材料再生过程。实现这是一个很大的一步优化finFET的设备可以处理许多可能的实际应用。
钻石晶体管“这是一个双赢的局面,因为室温性能不够好,但在更高的温度下设备实际上更好了,”黄说。“因此,高温应用将极大的兴趣在未来当我们进入。”
在氧化镓找到缺陷
最近报道的第一个观察点缺陷在氧化镓。
还在研发、水晶β氧化镓是一种很有前途的宽禁带半导体材料,用于功率半导体元件的应用。氧化镓有大量的能带隙4.8 - -4.9 eV高细分领域8 MV /厘米。技术高电压品质因数,硅的3000多倍,超过8倍碳化硅和氮化镓的4倍以上。
这项技术还处于起步阶段。让技术更接近商业市场,研究人员必须理解材料的属性。
使用扫描透射电子显微镜(茎),研究人员观察到氧化镓点缺陷的形成。“使用干细胞,我们发现了一种新型的点缺陷复杂,涉及一个阳离子间隙原子,可以定位在五个可能的间隙的两个网站,由两个阳离子空缺配对。这个不寻常的阳离子interstitial-divacancy复杂的结构是一致的预测由密度泛函理论(DFT),“贾里德·约翰逊说,俄亥俄州立大学的研究生研究助理物理评论X,科技期刊。
“我们的工作是试图确定为什么这种材料,称为β氧化镓,行为的行为在基本层面上,”约翰逊说。“重要的是要知道为什么这种材料属性,以及它如何充当一个半导体,我们想看看它在原子层面——我们可以学习。这种材料有很好的属性对于高性能的技术。但重要的是,我们看到这几乎在基本层面上——我们了解这种材料背后的科学,它是如何起作用的,因为这个缺陷,这些异常,可能影响它的功能的半导体”。
俄亥俄州立大学,康奈尔大学,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的热费希尔科学、加州大学圣芭芭拉的工作。
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