As epi camadas de GaN são geralmente cultivadas por MOCVD em vários substratos, como safira, Si e SiC. A escolha do substrato varia de acordo com as necessidades das aplicações. Assim, para aplicação RF MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), substrato SiC, que pode fornecer os mais altos níveis de potência dewafers de GaN, com outros recursos excelentes para garantir seu uso nos ambientes mais exigentes, é o material preferido para o crescimento hoteroepitaxial de GaN. Abaixo listada a estrutura GaN MOSFET baseada em SiC é desenvolvida para aplicações de RF. Além disso, podemos aumentar a estrutura de transistor GaN epitaxial personalizada para dispositivos de RF.
1. Estrutura de GaN MOSFET Epitaxia em Substrato SiC para Aplicações de RF
PAM200409-MOSFET
No.1Estrutura AlGaN / GaN MOSFET
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GaN de 4 polegadas em SiC Epi-Wafer (MOCVD) |
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| Nome da camada | Material | Espessura (À) | dopante | Concentração (cm-3) |
| 4. Tampão | Pecado | 60 | – | – |
| 3. Barreira | AlN | – | N / D | N / D |
| 2. Tampão | Canal GaN | – | – | – |
| Tampão AlGaN | ||||
| 1. Nucleação | Nucleação | Padrão | ||
| substrato SiC | ||||
Nº 2GaN em wafers de SiC com estruturas EPI para RF MOSFET
| GaN de 4 polegadas em SiC Epi-Wafer (MOCVD) | ||||
| Nome da camada | Material | Espessura (À) | dopante | Concentração (cm-3) |
| 5. Tampão | GaN | – | UID | – |
| 4. Barreira | Al0.25Ga0.75N | – | N / D | N / D |
| 3. Espaçador | AlN | 8 | N / D | N / D |
| 2. Tampão | Canal GaN | – | Fe droga longe do canal | |
| Tampão GaN | ||||
| 1. Nucleação | Nucleação | Padrão | ||
| substrato SiC | ||||
Para o espaço interno de telefones celulares, o GaN na estrutura SiC epi pode obter um bom controle do consumo de energia. Em comunicações por satélite com requisitos de alta frequência e alta potência de saída, estima-se que a tecnologia de nitreto de gálio (GaN) substituirá gradualmente o GaAs e o Si como uma nova solução desde as vantagens do GaN MOSFET.
Entre eles, o wafer MOSFET GaN-on-SiC combina a excelente condutividade térmica do SiC com a alta densidade de potência e as capacidades de baixa perda do GaN. Comparado ao Si, o SiC é um substrato muito dissipativo, fazendo com que os dispositivos operem em altas tensões e altas correntes de dreno, a temperatura da junção aumentará lentamente com a potência de RF, resultando em melhor desempenho de RF e um material adequado para aplicações de RF.
2. Por que o Wafer MOSFET GaN-on-SiC é superior a outros semicondutores no mercado de RF?
Espera-se que os MOSFETs GaN-on-SiC substituam o domínio do LDMOS baseado em silício no mercado de RF em um futuro próximo. E o GaN no SiC epi wafer se destaca em aplicações de RF pelos seguintes motivos:
GaN tem um alto campo elétrico de ruptura devido ao seu grande intervalo de banda, o que permite que os dispositivos GaN operem em tensões muito mais altas do que outros dispositivos semicondutores. Quando submetidos a um campo elétrico alto o suficiente, os elétrons em um semicondutor podem ganhar energia cinética suficiente para quebrar ligações químicas (um processo conhecido como ionização por impacto ou quebra de tensão). Se a ionização por impacto não for controlada, o desempenho do dispositivo pode ser prejudicado. Como os dispositivos GaN podem operar em tensões mais altas, eles podem ser usados em aplicações de alta potência.
Os elétrons no GaN têm uma velocidade de saturação muito alta (velocidade do elétron em campos elétricos extremamente altos). Quando combinados com a grande capacidade de carga, os MOSFETs GaN em substratos SiC são capazes de fornecer densidades de corrente muito mais altas.
A saída de potência de RF é o produto da tensão e da oscilação da corrente, portanto, quanto maior a tensão e maior a densidade de corrente, mais potência de RF pode ser produzida em um transistor de tamanho real. Em suma, os dispositivos fabricados em MOSFETs GaN verticais produzem densidades de potência muito mais altas.
Dispositivos GaN-on-SiC exibem propriedades térmicas incomuns, principalmente devido à alta condutividade térmica do SiC. Especificamente, a temperatura do dispositivo na estrutura GaN MOSFET não se torna tão alta quanto um dispositivo GaAs ou Si para o mesmo consumo de energia. Quanto menor a temperatura do dispositivo, mais confiável ele é.
3. Sobre MOSFET
O MOSFET é um tipo de IGFET (Transistor de Efeito de Campo de Porta Isolada) fabricado pela oxidação controlada de um semicondutor. É um transistor de efeito de campo que pode ser amplamente utilizado em circuitos analógicos e circuitos digitais. De acordo com a polaridade do canal (portadora de trabalho), o MOSFET pode ser dividido em tipo N e tipo P, que também é conhecido como NMOSFET (NMOS) e PMOSFET (PMOS). Para GaN MOSFET vs Si MOSFET, GaN MOSFET pode alternar mais rápido que o de silício, e a taxa de variação de dV/dt é superior a 100 V/nsec.
Existem muitas tecnologias MOSFET comuns, como MOSFET de porta dupla, MOSFET de modo de depleção, MOSFET de potência, MOSFET de difusão dupla e assim por diante. Entre todos os tipos, o MOSFET de porta dupla é geralmente usado em circuitos integrados de RF. Ambas as portas deste MOSFET podem controlar a quantidade de corrente. Em aplicações de circuito de RF, a segunda porta de um MOSFET de porta dupla é usada principalmente para controle de ganho, mixer ou conversão de frequência.
Estrutura típica de MOSFET de porta dupla em substrato de Si
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