Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign ha avanzado la tecnología de transistores de nitruro de galio GaN sobre silicio al optimizar la composición de las capas de semiconductores que componen el dispositivo. Trabajando con los socios de la industria Veeco e IBM,el equipo creó la estructura del transistor de alta movilidad de electrones HEMT en un sustrato de silicio de 200 mm con un proceso que se ampliará a tamaños de obleas estándar de la industria más grandes.
Can Bayram, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática ECE, y su equipo han creado la estructura GaN HEMT en una plataforma de silicio porque es compatible con los procesos de fabricación CMOS existentes y es menos costosa que otras opciones de sustrato como zafiro ycarburo de silicio.
Sin embargo, el silicio tiene sus desafíos. Es decir, la constante de la red, o el espacio entre los átomos de silicio, no coincide con la estructura atómica del GaN que crece sobre él.
"Cuando creces el GaN en la parte superior, hay mucha tensión entre las capas, por lo que crecimos capas de amortiguación [entre el silicio y el GaN] para ayudar a cambiar la constante de la red al tamaño adecuado", explicó el investigador universitario de ECE Josh Perozek, autor principal del artículo del grupo, "Investigación de las características estructurales, ópticas y eléctricas de una estructura de transistor de alta movilidad de electrones AlGaN / GaN a través de un sustrato Si 1 1 1 de 200 mm", en el Revista de Física D: Física Aplicada .
Sin estas capas de amortiguación, se formarán grietas u otros defectos en el material de GaN, lo que evitaría que el transistor funcione correctamente. Específicamente, estos defectos - enroscando dislocaciones o agujeros donde deberían estar los átomos - arruinan las propiedades de los 2-canal de gas de electrones dimensional en el dispositivo. Este canal es crítico para la capacidad del HEMT de conducir corriente y funcionar a altas frecuencias.
"Lo más importante para estos dispositivos GaN [HEMT] es tener una alta concentración de gases de electrones en 2D", dijo Bayram, sobre la acumulación de electrones en un canal en la interfaz entre el silicio y las diversas capas basadas en GaN arribaeso.
"El problema es que debe controlar el equilibrio de deformación entre todas esas capas, desde el sustrato hasta el canal, para maximizar la densidad de los electrones conductores con el fin de obtener el transistor más rápido conla mayor densidad de potencia posible "
Después de estudiar tres configuraciones diferentes de capa de amortiguación, el equipo de Bayram descubrió que las capas de amortiguación más gruesas hechas de AlGaN graduado reducen la dislocación del enhebrado, y apilar esas capas reduce el estrés. Con este tipo de configuración, el equipo logró una movilidad de electrones de 1.800 cm2 / Vsegundo.
"Cuanto menos tensión haya en la capa de GaN, mayor será la movilidad, lo que en última instancia corresponde a frecuencias de operación de transistores más altas", dijo Hsuan-Ping Lee, un investigador de estudiantes graduados de ECE que lidera la escala de estos dispositivos para aplicaciones 5G.
Según Bayram, el siguiente paso para su equipo es fabricar HEMT GaN de alta frecuencia totalmente funcionales en una plataforma de silicio para usar en las redes de datos inalámbricas 5G.
Cuando esté completamente implementado, la red 5G permitirá velocidades de datos más rápidas para los 8 mil millones de teléfonos móviles del mundo y proporcionará una mejor conectividad y rendimiento para dispositivos de Internet de las cosas IoT y automóviles sin conductor.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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