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科学家用氧化镓制造微电子设备

发布时间:2019-10-12 18:55:26

硅一直是微电子学和半导体技术领域的最佳材料。不过,它仍然面临着局限性,尤其是在电力应用的可扩展性方面。充分发挥半导体技术的潜力,需要更高能量密度上的更小设计。

“在微电子学领域,最大的短板之一永远是如何更好地利用电能:设计者总是在寻找减少过量电力消耗和产生不必要热量的方法。”美国空军研究实验室首席电子学工程师Gregg Jessen介绍说,“通常,你会通过调整设备规模实现该目的。但目前利用的技术已经接近于很多应用所需的运行电压的极限。它们受到临界电场强度的限制。”

透明导电氧化物是半导体技术中一种新兴的重要材料,实现了可见光谱中电导率和透明度的结合。尤其是导电氧化物氧化镓,拥有使其在功率切换时正常运转的独特性能。在日前发表于美国物理联合会(AIP)出版集团所属《应用物理快报》的文章中,作者Masataka Higashiwaki和Jessen概述了利用氧化镓产生微电子设备的过程。

他们聚焦的是场效应晶体管(FET)—— 一种可从氧化镓大的临界电场强度中极大受益的设备。Jessen表示,这使得设计出拥有较小几何尺寸和较好掺杂轮廓的FET成为可能。

这种材料具有不同用途的灵活性,归因于其广泛的可能电导率范围(从高导电性到非常绝缘)以及源自电场强度的高击穿电压性能。因此,氧化镓可被扩展到极端程度。与此同时,大面积氧化镓晶片可从熔体上生长出来,从而降低生产成本。

研究人员探讨了生长氧化镓晶片的方法、控制电子密度的能力以及空穴传输面临的挑战。研究表明,单极氧化镓设备将占主导地位。他们的文章还详细描述了氧化镓在不同种类FET中的应用以及该材料如何在高压、高电耗和功率切换应用中发挥作用。

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