Учёные из Киотского университета разработали полевой транзистор на основе карбида кремния (SiC), способный работать при температуре 600 °C. Обычный кремний выходит из строя уже при 250 °C, а новинка выдерживает условия, характерные для авиационных двигателей и даже поверхности Венеры, где температура достигает 460 °C.
Главное преимущество разработки — возможность производства на существующих полупроводниковых фабриках без глубокой модернизации оборудования. Ранее высокотемпературные транзисторы для космоса и двигателестроения требовали уникальных техпроцессов, что серьёзно ограничивало их массовое применение.
Новый транзистор относится к типу JFET — полевой транзистор с управляющим p–n-переходом. Его впервые изготовили методом селективной ионной имплантации — стандартной технологией легирования, применяемой в производстве обычных полупроводников.
Основной проблемой предыдущих разработок была нестабильность порогового напряжения при ионной имплантации. Ионы легирующей примеси частично распространяются по каналам кристаллической решётки, создавая так называемый «хвост каналирования», что искажает параметры транзистора.
В новой архитектуре инженеры разместили затвор под каналом транзистора. Это решение компенсировало эффект рассеивания легирующих ионов и позволило точнее задавать пороговое напряжение. При 400 °C разница между расчётным и измеренным значением составила менее 0,1 В против прежних 2 В.
Второй проблемой оставался ток утечки, резко возрастающий при нагреве. Дополнительная электрическая изоляция транзистора от подложки снизила токи утечки на порядок при рабочей температуре 200 °C. Однако дальнейшее снижение упирается в фундаментальные свойства самого карбида кремния.
Работа демонстрирует жизнеспособность новой архитектуры для высокотемпературных интегральных схем, хотя она ещё не доведена до конца. Учёные пока не готовы создавать полноценные комплементарные пары транзисторов, необходимые для эффективной логики — эта задача, как и вопросы литографии и корпусировки, ещё впереди.
Тем не менее, сама возможность выпуска уникальных высокотемпературных чипов на обычных фабриках открывает новые перспективы для космической и авиационной электроники.