Struttura MOSFET GaN su substrato SiC

Struttura MOSFET GaN su substrato SiC

Gli strati epi GaN vengono solitamente coltivati ​​da MOCVD su vari substrati, come zaffiro, Si e SiC. La scelta del supporto varia a seconda delle esigenze delle applicazioni. Quindi, per l'applicazione RF MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), substrato SiC, che può fornire i più alti livelli di potenza diwafer GaN, con altre caratteristiche eccezionali per garantirne l'uso negli ambienti più esigenti, è il materiale preferito per la crescita hoteroepitassiale del GaN. La struttura MOSFET GaN a base di SiC sotto elencata è cresciuta per applicazioni RF. Inoltre, possiamo far crescere una struttura di transistor GaN epitassiale personalizzata per dispositivi RF.

Struttura MOSFET GaN su substrato SiC

1. Epitassia della struttura del MOSFET GaN su substrato SiC per applicazioni RF

PAM200409-MOSFET

No.1Struttura MOSFET AlGaN / GaN

GaN da 4 pollici su SiC Epi-Wafer (MOCVD)

Nome livello Materiale Spessore (À) drogante Concentrazione (cm-3)
4. Cap Peccato 60
3. Barriera AIN N / A N / A
2. Buffer Canale GaN
Tampone AlGaN
1. Nucleazione Nucleazione Standard
Substrato SiC

 

No.2GaN su wafer SiC con strutture EPI per MOSFET RF

GaN da 4 pollici su SiC Epi-Wafer (MOCVD)
Nome livello Materiale Spessore (À) drogante Concentrazione (cm-3)
5. Cap GaN UID
4. Barriera Al0.25Ga0.75N N / A N / A
3. Distanziatore AIN 8 N / A N / A
2. Buffer Canale GaN Fe droga lontano dal canale
tampone GaN
1. Nucleazione Nucleazione Standard
Substrato SiC

 

Per lo spazio interno dei telefoni cellulari, la struttura GaN su SiC epi può ottenere un buon controllo del consumo energetico. Nelle comunicazioni satellitari con requisiti di alta frequenza e potenza di uscita, si stima che la tecnologia al nitruro di gallio (GaN) sostituirà gradualmente GaAs e Si come nuova soluzione grazie ai vantaggi del MOSFET GaN.

Tra questi, il wafer MOSFET GaN-on-SiC combina l'eccellente conduttività termica del SiC con l'elevata densità di potenza e le capacità di bassa perdita del GaN. Rispetto al Si, il SiC è un substrato molto dissipativo, che fa funzionare i dispositivi ad alte tensioni e correnti di drenaggio elevate, la temperatura di giunzione aumenterà lentamente con la potenza RF, risultando in migliori prestazioni RF e un materiale adatto per applicazioni RF.

2. Perché il wafer MOSFET GaN-on-SiC è superiore agli altri semiconduttori nel mercato RF?

Si prevede che i MOSFET GaN-on-SiC sostituiranno il predominio degli LDMOS a base di silicio nel mercato RF nel prossimo futuro. E GaN su wafer SiC epi si distingue nelle applicazioni RF per i seguenti motivi:

Il GaN ha un campo elettrico di rottura elevato a causa del suo ampio gap di banda, che consente ai dispositivi GaN di funzionare a tensioni molto più elevate rispetto ad altri dispositivi a semiconduttore. Se sottoposti a un campo elettrico sufficientemente elevato, gli elettroni in un semiconduttore possono guadagnare energia cinetica sufficiente per rompere i legami chimici (un processo noto come ionizzazione per impatto o rottura della tensione). Se la ionizzazione per impatto non è controllata, le prestazioni del dispositivo potrebbero essere ridotte. Poiché i dispositivi GaN possono funzionare a tensioni più elevate, possono essere utilizzati in applicazioni di potenza superiore.

Gli elettroni su GaN hanno una velocità di saturazione molto elevata (velocità dell'elettrone a campi elettrici estremamente elevati). Se combinati con l'elevata capacità di carica, i MOSFET GaN su substrati SiC sono in grado di fornire densità di corrente molto più elevate.

La potenza in uscita RF è il prodotto della tensione e dell'oscillazione della corrente, quindi maggiore è la tensione e maggiore è la densità di corrente, maggiore è la potenza RF che può essere prodotta in un transistor a grandezza naturale. In breve, i dispositivi fabbricati su MOSFET GaN verticali producono densità di potenza molto più elevate.

I dispositivi GaN-on-SiC mostrano proprietà termiche insolite, principalmente a causa dell'elevata conduttività termica del SiC. In particolare, la temperatura del dispositivo sulla struttura del MOSFET GaN non diventa così alta come un dispositivo GaAs o Si a parità di consumo energetico. Più bassa è la temperatura del dispositivo, più è affidabile.

3. Informazioni sul MOSFET

Il MOSFET è un tipo di IGFET (Insulated-Gate Field Effect Transistor) fabbricato mediante ossidazione controllata di un semiconduttore. È un transistor ad effetto di campo che può essere ampiamente utilizzato nei circuiti analogici e nei circuiti digitali. In base alla polarità del canale (portante di lavoro), il MOSFET può essere suddiviso in tipo N e tipo P, noto anche come NMOSFET (NMOS) e PMOSFET (PMOS). Per il MOSFET GaN rispetto al MOSFET Si, ​​il MOSFET GaN può commutare più velocemente di quello del silicio e la velocità di variazione di dV/dt è superiore a 100 V/nsec.

Esistono molte tecnologie MOSFET comuni, come MOSFET a doppia porta, MOSFET in modalità di esaurimento, MOSFET di potenza, MOSFET a doppia diffusione e così via. Tra tutti i tipi, il MOSFET a doppia porta viene solitamente utilizzato nei circuiti integrati RF. Entrambe le porte di questo MOSFET possono controllare la quantità di corrente. Nelle applicazioni di circuiti RF, la seconda porta di un MOSFET a doppia porta viene utilizzata principalmente per il controllo del guadagno, del mixer o della conversione di frequenza.

Tipica struttura MOSFET Dual-Gate su substrato Si

Tipica struttura MOSFET Dual-Gate su substrato Si

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