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5-6-3 sic高温信号レベルデバイス

5.炭化ケイ素技術

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5-6-3 sic高温信号レベルデバイス

2018-01-08

ほとんどのアナログ信号調整およびデジタル論理回路は、個々のトランジスタ

これらの回路では、典型的には、電流の数ミリアンペアを必要とせず、適切に機能するためには20V未満である。

市販のシリコン・オン・インシュレータ回路は、複雑なデジタルおよびアナログの信号レベル機能を実行することができます

高出力が要求されない場合は最大300°Cとなります[163]。信号対雑音比を結合することが有利である雑音の他に、 高出力またはユニークなセンサ/メモリを備えた高レベルの機能を単一のチップ上に搭載することができます。 低電力の信号レベル機能を実行することは、低放射線アプリケーションでは温度 250-300℃以下。


この執筆時点では、商業的に入手可能な半導体トランジスタまたは集積回路(sicまたはそれ以外)は存在せず、 300°C以上の周囲温度での使用に適しています。 sicベースの高温実験室用プロトタイプでは 過去10年間で大幅に改善され、長期的な運用信頼性を達成することは、 有用な300〜600°Cのデバイスと回路を実現します。 vlsiの実装に成功した回路技術 CMOSやecl、バイモス、dcflなどのシリコンやガウスの回路は、t\u003e 300°C sic- 集積回路。高温ゲート絶縁体の信頼性(セクション5.5.5)は、MOSFETベースの集積回路の実現を成功させるために重要です。ゲートからチャネルへのショットキダイオードの漏れは、約400°C(セクション5.5.3.2)までのSICMOSFET回路のピーク動作温度を制限します。したがって、バイポーラ接合トランジスタ(bjts)および接合電界効果トランジスタ(jfets)などのpn接合ベースのデバイスは、300〜600℃で長期間の動作を達成するための(少なくとも近い程度)雰囲気。信号レベル回路は、大部分の転位の電気的破壊電圧よりもかなり低い比較的低い電界で動作するので、マイクロパイプおよびその他の転位は、信号レベルの回路プロセスの歩留まりに、高電界の電力デバイスの歩留まりに与える影響よりもはるかに小さい。


この記事の執筆時点では、nmos、cmos、jfet、およびmesfetのデバイストポロジのいくつかのバリエーションを使用して、いくつかのディスクリートトランジスターと小規模のプロトタイプロジックとアナログアンプのベースラインが実証されています。しかし、これらのプロトタイプはいずれも、シリコン・オン・インシュレータ技術の約250〜300℃の領域を超える周囲温度で長時間電気的に安定した動作を提供できないため、この文書の時点では商業的に実行可能ではありません。セクション5.5で論じられているように、すべての高温デバイスデバイス技術に共通の障害は、コンタクト、相互接続、パッシベーション、およびパッケージングの信頼できる長期動作がt> 300℃。耐久性の高い高温オーミックコンタクトとパッケージングを組み込むことにより、酸化空気環境下で500°Cでパッケージングされた6時間の電界効果トランジスタの長期連続電気的動作が最近実証された。


基本的なデバイスデバイス処理技術(セクション5.5)のさらなる改良がなされ、ますます耐久性が向上するにつれて、 300℃ベースのトランジスタ技術は、環境負荷の低いアプリケーションで有益な用途に向けて進化します。ますます複雑な高温機能を実現するには、より広い温度範囲(650°C広がり)でデバイス動作パラメータの大きな変化に対応するロバストな回路設計が必要になります。回路モデルは、より深いドナーおよびアクセプタドーパントイオン化エネルギーのために、デバイスデバイスのエピ層が著しく「凍結」するという事実を説明する必要があるため、デバイス層ドーパントの重要なパーセンテージは室温付近の電流を伝導するようにイオン化されない。これらのキャリアのフリーズアウト効果のため、-55℃よりもはるかに低い接合部温度で動作するシリコンベースのicsを実現することは困難です(u.s. mil-spec温度範囲の下限)。


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