Las capas epi de GaN generalmente se cultivan mediante MOCVD en varios sustratos, como sustrato de zafiro, Si y SiC. La elección del sustrato varía según las necesidades de las aplicaciones. Entonces, para la aplicación RF MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), el sustrato SiC, que puede proporcionar los niveles de potencia más altos deobleas de GaN, con otras características destacadas para asegurar su uso en los entornos más exigentes, es el material preferido para el crecimiento hoteroepitaxial de GaN. La estructura MOSFET de GaN basada en SiC que se enumera a continuación se cultiva para aplicaciones de RF. Además, podemos hacer crecer una estructura de transistor GaN epitaxial personalizada para dispositivos de RF.

1. Epitaxia de estructura MOSFET de GaN en sustrato de SiC para aplicaciones de RF

PAM200409-MOSFET

No.1Estructura de MOSFET de AlGaN/GaN

No.2GaN sobre obleas de SiC con estructuras EPI para RF MOSFET

Para el espacio interno de los teléfonos móviles, la estructura epi de GaN en SiC puede lograr un buen control del consumo de energía. En las comunicaciones por satélite con requisitos de salida de alta frecuencia y alta potencia, estima que la tecnología de nitruro de galio (GaN) reemplazará gradualmente a GaAs y Si como una nueva solución desde las ventajas de GaN MOSFET.

Entre ellos, la oblea MOSFET GaN-on-SiC combina la excelente conductividad térmica del SiC con la alta densidad de potencia y las capacidades de baja pérdida del GaN. En comparación con el Si, el SiC es un sustrato muy disipativo, lo que hace que los dispositivos funcionen con altos voltajes y altas corrientes de drenaje, la temperatura de la unión aumentará lentamente con la potencia de RF, lo que dará como resultado un mejor rendimiento de RF y un material adecuado para aplicaciones de RF.

2. ¿Por qué la oblea MOSFET GaN-on-SiC es superior a otros semiconductores en el mercado de RF?

Se espera que los MOSFET GaN-on-SiC reemplacen el dominio de los LDMOS basados ​​en silicio en el mercado de RF en un futuro cercano. Y la oblea epi de GaN en SiC se destaca en las aplicaciones de RF por las siguientes razones:

GaN tiene un campo eléctrico de ruptura alto debido a su gran brecha de banda, lo que permite que los dispositivos de GaN operen a voltajes mucho más altos que otros dispositivos semiconductores. Cuando se someten a un campo eléctrico lo suficientemente alto, los electrones en un semiconductor pueden ganar suficiente energía cinética para romper los enlaces químicos (un proceso conocido como ionización por impacto o ruptura de voltaje). Si no se controla la ionización por impacto, el rendimiento del dispositivo puede verse afectado. Dado que los dispositivos de GaN pueden operar a voltajes más altos, pueden usarse en aplicaciones de mayor potencia.

Los electrones en GaN tienen una velocidad de saturación muy alta (velocidad de los electrones en campos eléctricos extremadamente altos). Cuando se combinan con la gran capacidad de carga, los MOSFET de GaN en sustratos de SiC pueden ofrecer densidades de corriente mucho más altas.

La potencia de salida de RF es el producto de la oscilación de voltaje y corriente, por lo que cuanto mayor sea el voltaje y mayor sea la densidad de corriente, más potencia de RF se puede producir en un transistor de tamaño real. En resumen, los dispositivos fabricados en MOSFET de GaN verticales producen densidades de potencia mucho más altas.

Los dispositivos GaN-on-SiC exhiben propiedades térmicas inusuales, principalmente debido a la alta conductividad térmica del SiC. Específicamente, la temperatura del dispositivo en la estructura GaN MOSFET no llega a ser tan alta como la de un dispositivo GaAs o Si para el mismo consumo de energía. Cuanto menor sea la temperatura del dispositivo, más confiable es.

3. Acerca de MOSFET

El MOSFET es un tipo de IGFET (Transistor de efecto de campo de puerta aislada) fabricado por oxidación controlada de un semiconductor. Es un transistor de efecto de campo que puede ser ampliamente utilizado en circuitos analógicos y circuitos digitales. De acuerdo con la polaridad del canal (portadora de trabajo), MOSFET se puede dividir en tipo N y tipo P, que también se conoce como NMOSFET (NMOS) y PMOSFET (PMOS). Para GaN MOSFET frente a Si MOSFET, GaN MOSFET puede cambiar más rápido que el de silicio, y la velocidad de cambio de dV/dt es superior a 100 V/nseg.

Hay muchas tecnologías MOSFET comunes, como MOSFET de doble puerta, MOSFET de modo de agotamiento, MOSFET de potencia, MOSFET de doble difusión, etc. Entre todos los tipos, el MOSFET de doble puerta se usa generalmente en circuitos integrados de RF. Ambas puertas de este MOSFET pueden controlar la cantidad de corriente. En las aplicaciones de circuitos de RF, la segunda puerta de un MOSFET de doble puerta se usa principalmente para control de ganancia, mezclador o conversión de frecuencia.

Estructura típica de MOSFET de doble puerta en sustrato de Si

Para obtener más información, contáctenos por correo electrónico a victorchan@powerwaywafer.com y powerwaymaterial@gmail.com.