هيكل GaN MOSFET على ركيزة SiC

هيكل GaN MOSFET على ركيزة SiC

عادةً ما تزرع طبقات GaN epi بواسطة MOCVD على ركائز مختلفة ، مثل ركيزة الياقوت والسيليكون وكربيد السيليكون. يختلف اختيار الركيزة وفقًا لاحتياجات التطبيقات. لذلك بالنسبة لتطبيق RF MOSFET (ترانزستور تأثير مجال أشباه الموصلات بأكسيد المعادن) ، ركيزة SiC ، والتي يمكن أن توفر أعلى مستويات الطاقة منرقائق الجاليوم، مع الميزات البارزة الأخرى لضمان استخدامها في البيئات الأكثر تطلبًا ، هي المادة المفضلة لنمو GaN hoteroepitaxial. أدناه تم تطوير هيكل GaN MOSFET القائم على SiC لتطبيقات التردد اللاسلكي. إلى جانب ذلك ، يمكننا تطوير هيكل الترانزستور GaN الفوقي المخصص لأجهزة التردد اللاسلكي.

هيكل GaN MOSFET على ركيزة SiC

1. هيكل GaN MOSFET Epitaxy على ركيزة SiC لتطبيقات الترددات اللاسلكية

PAM200409- موسفيت

رقم 1هيكل AlGaN / GaN MOSFET

4-inch GaN on SiC Epi-Wafer (MOCVD)

اسم الطبقة مادة سماكة (À) المقوي تركيز (سم-3)
4. كاب SiN 60
3. الحاجز AlN N / A N / A
2. العازلة قناة GaN
المخزن المؤقت AlGaN
1. التنوي تنوي معيار
الركيزة SiC

 

رقم 2GaN على رقائق SiC مع هياكل EPI لـ RF MOSFET

4-inch GaN on SiC Epi-Wafer (MOCVD)
اسم الطبقة مادة سماكة (À) المقوي تركيز (سم-3)
5. كاب الجاليوم المعرف الفريد
4. الحاجز شركة0.25جا0.75N N / A N / A
3. مباعد AlN 8 N / A N / A
2. العازلة قناة GaN مخدر الحديد بعيدا عن القناة
المخزن المؤقت GaN
1. التنوي تنوي معيار
الركيزة SiC

 

بالنسبة للمساحة الداخلية للهواتف المحمولة ، يمكن أن تحقق GaN على هيكل SiC epi تحكمًا جيدًا في استهلاك الطاقة. في الاتصالات الساتلية ذات التردد العالي ومتطلبات خرج الطاقة العالية ، تقدر أن تقنية نيتريد الغاليوم (GaN) ستحل تدريجياً محل GaAs و Si كحل جديد منذ مزايا GaN MOSFET.

من بينها ، تجمع رقاقة GaN-on-SiC MOSFET بين التوصيل الحراري الممتاز ل SiC مع كثافة الطاقة العالية وقدرات الخسارة المنخفضة لـ GaN. بالمقارنة مع Si ، SiC عبارة عن ركيزة مشتتة للغاية ، مما يجعل الأجهزة تعمل بجهد كهربائي عالي وتيارات تصريف عالية ، وستزداد درجة حرارة الوصلة ببطء مع طاقة التردد اللاسلكي ، مما ينتج عنه أداء RF أفضل ومادة مناسبة لتطبيقات الترددات اللاسلكية.

2. لماذا تعتبر رقاقة GaN-on-SiC MOSFET متفوقة على أشباه الموصلات الأخرى في سوق الترددات اللاسلكية؟

من المتوقع أن تحل وحدات GaN-on-SiC MOSFETs محل هيمنة LDMOS القائم على السيليكون في سوق الترددات اللاسلكية في المستقبل القريب. ويبرز GaN على رقاقة SiC epi في تطبيقات RF للأسباب التالية:

يحتوي GaN على مجال كهربائي عالي الانهيار بسبب فجوة النطاق الكبيرة ، مما يسمح لأجهزة GaN بالعمل بجهد أعلى بكثير من أجهزة أشباه الموصلات الأخرى. عند تعرضها لحقل كهربائي مرتفع بما يكفي ، يمكن للإلكترونات في أشباه الموصلات أن تكتسب طاقة حركية كافية لكسر الروابط الكيميائية (وهي عملية تعرف باسم تأين الصدمة أو انهيار الجهد). إذا لم يتم التحكم في تأثير التأين ، فقد يتدهور أداء الجهاز. نظرًا لأن أجهزة GaN يمكن أن تعمل بجهد أعلى ، فيمكن استخدامها في تطبيقات الطاقة الأعلى.

تتمتع الإلكترونات الموجودة في GaN بسرعة تشبع عالية جدًا (سرعة الإلكترون في المجالات الكهربائية العالية جدًا). عند دمجها مع قدرة الشحن الكبيرة ، تكون وحدات GaN MOSFET على ركائز SiC قادرة على توفير كثافة تيار أعلى بكثير.

خرج طاقة التردد اللاسلكي هو نتاج الجهد والتأرجح الحالي ، لذا فكلما زاد الجهد وزادت كثافة التيار ، يمكن إنتاج المزيد من طاقة التردد اللاسلكي في ترانزستور بالحجم الطبيعي. باختصار ، تنتج الأجهزة المصنعة على وحدات MOSFET العمودية من GaN كثافة طاقة أعلى بكثير.

تعرض أجهزة GaN-on-SiC خصائص حرارية غير عادية ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الموصلية الحرارية العالية ل SiC. على وجه التحديد ، لا تصبح درجة حرارة الجهاز على هيكل GaN MOSFET عالية مثل GaAs أو جهاز Si لنفس استهلاك الطاقة. كلما انخفضت درجة حرارة الجهاز ، زادت موثوقيته.

3. حول MOSFET

MOSFET هو نوع من IGFET (ترانزستور تأثير مجال البوابة المعزول) المصنوع عن طريق الأكسدة الخاضعة للرقابة لأشباه الموصلات. إنه ترانزستور ذو تأثير ميداني يمكن استخدامه على نطاق واسع في الدوائر التناظرية والدوائر الرقمية. وفقًا لقطبية القناة (الناقل العامل) ، يمكن تقسيم MOSFET إلى النوع N والنوع P ، والذي يُعرف أيضًا باسم NMOSFET (NMOS) و PMOSFET (PMOS). بالنسبة إلى GaN MOSFET و Si MOSFET ، يمكن لـ GaN MOSFET التبديل بشكل أسرع من السيليكون ، ومعدل تدفق dV / dt يزيد عن 100 V / nsec.

هناك العديد من تقنيات MOSFET الشائعة ، مثل MOSFET ثنائي البوابة ، ووضع استنفاد MOSFET ، و MOSFET الطاقة ، و MOSFET مزدوج الانتشار وما إلى ذلك. من بين جميع الأنواع ، عادةً ما يتم استخدام MOSFET ثنائي البوابة في الدوائر المتكاملة للترددات الراديوية. يمكن لكل من بوابتي MOSFET التحكم في مقدار التيار. في تطبيقات دوائر التردد الراديوي ، تُستخدم البوابة الثانية لوحدة MOSFET ثنائية البوابة في الغالب للتحكم في الكسب أو الخلاط أو تحويل التردد.

هيكل نموذجي مزدوج البوابة MOSFET على الركيزة Si

هيكل نموذجي مزدوج البوابة MOSFET على الركيزة Si

بوويروايفير

لمزيد من المعلومات ، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكتروني على victorchan@powerwaywafer.com و powerwaymaterial@gmail.com.

شارك هذا المنشور