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高性能氮化鎵晶體管研制成功

2011年09月26日 12:33 4819次瀏覽 來源:   分類: 新技術

  氮化鎵有助于為照明領域節(jié)省大量能源。
  據美國物理學家組織網9月22日(北京時間)報道,法國和瑞士科學家首次使用氮化鎵在(100)-硅(晶體取向為100)基座上,成功制造出了性能優(yōu)異的高電子遷徙率晶體管(HEMTs)。此前,氮化鎵只能用于(111)-硅上,而目前廣泛使用的由硅制成的互補性金屬氧化半導體(CMOS)芯片一般在(100)-硅或(110)-硅晶圓上制成。這表明,新晶體管能同由(110)-硅制成的CMOS芯片兼容,科學家可據此研制出兼具CMOS芯片的計算能力和氮化鎵晶體管大功率容量的混合電子元件,以獲得更小更快、能耗更低的電子設備。
  晶體管主要由硅制成,用在高電壓電路中,其作用是計算以及增強電子射頻信號。瑞士蘇黎世聯邦高等工學院(ETH)的科倫坡·博羅內斯說:“硅是上帝賜予工程師們的禮物。硅不僅是做基座,也是做半導體和芯片的基本材料。”
  然而,硅也有缺陷。當溫度超過200攝氏度后,硅基設備開始出故障。氮化鎵晶體管能應對1000攝氏度以上的高溫;其能應對的電場強度也是硅的50多倍,這使科學家們可用氮化鎵制造出更快的電子線路。博羅內斯說:“這一點對于通訊來說尤為重要,因為工程師們能借此更快更有效地處理信息。”
  但科學家們一直認為氮化鎵技術太過昂貴,不能取代硅技術。不過,最近工程師們開始利用氮化鎵在構建動力電子設備方面的優(yōu)勢,希冀研發(fā)出更快、更耐熱、能效更高的晶體管。
  因為氮化鎵和硅這兩種材料的屬性不同,很難將兩者結合在一個晶圓上,并且在加熱過程中可能也會產生裂痕。不過,在最新研究中,博羅內斯和法國國家科學研究中心的科學家成功地將氮化鎵種植在(100)-硅晶圓上,制造出了新的氮化鎵晶體管,也解決了高溫可能產生裂痕的問題。
 ?。?00)-硅基座的成本為每平方厘米50美分,比常用的藍寶石或碳化硅基座更便宜(碳化硅基座的成本為每平方厘米5美元至20美元),大大降低了氮化鎵技術的成本??茖W家們也可以使用硅制造出直徑為30厘米的大晶圓,用藍寶石或碳化硅則無法做到這些。
  另外,氮化鎵具有良好的耐熱性能,因此由其制成的動力電子設備幾乎不需要冷卻。博羅內斯表示,如果移動通訊基站配備氮化鎵晶體管,運營商將不再需要高能耗的冷卻系統(tǒng)。照明能耗約占全球能耗的20%,用氮化鎵制成的一個5瓦的燈泡與傳統(tǒng)60瓦的白熾燈一樣明亮,因此,氮化鎵有助于為照明領域節(jié)省大量能源。
  科學家們也已證明,氮化鎵晶體管能更快發(fā)光,且頻率可高達205G赫茲,足以使計算機、手機以及動力電子設備更快、更小且更經濟。

  總編輯圈點
  目前,手機基站中的放大器已經接近其性能極限?,F有采用硅芯片技術的放大器,效率僅為10%,這意味著90%的能量以熱量的形式浪費掉了。而氮化鎵晶體管可將基站放大器的效率提高1—2倍。如此一來,在基站數量不變的情況下可提供更高的數據傳輸速率,就有可能滿足任何人隨時隨地通過手機下載動態(tài)視頻數據的要求。而且由于不再需要強力風扇和校正電路,整個基站也可能因此變得“迷你”起來。
  

責任編輯:安子

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