Bu makale özelliğimizin bir parçası IEEE Günlüğü İçin Saat Serisi IEEE Xplore ile işbirliği içinde.
İki yarı iletken –Silikon Karbür ve Galyum Nitruro—C, devrelerin en yüksek sıcaklıklarda performans gösterebilmesi için (tam anlamıyla) ısıtmalı bir rekabette rakiplerdir. Silikon karbür Cips, 600 ° C’de çalışarak komutu almıştı, ancak Nitruro di gallioyüksek sıcaklıklarda daha işlevsel hale getiren benzersiz özelliklere sahip, şimdi SIC’yi aştı. Pennsylvania Eyalet Üniversitesi’nden araştırmacılar Rongming chuprofesör Elektrikli mühendislikYetenekli bir galyum nitruro çip tasarladılar 800 ° C’de çalışıyor – Sofra tuzunu eritmek için yeterince sahip olun.
Geliştirme gelecekteki uzay probları için temel olabilir, reaksiyon motorları– farmasötik süreçler ve aşırı koşullar için devrelere ihtiyaç duyan bir dizi diğer uygulama. Silikon karbürdeki yüksek sıcaklık çipleri, bilim adamlarının sensörleri daha önce yapamayan yerlere koymasına izin verdi, diyor Alan MantoothArkansas Üniversitesi’nde, Gallio’nun nitrürünün yeni sonucuna dahil olmayan farklı bir elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü. Nitruro di gallio çipinin sağlığını izlemek için de aynısını yapabileceğini açıklıyor. doğal gaz Türbinler, kimyasal sistemlerde ve rafinerilerde ve sistemlerde yüksek enerji üretim süreçleri henüz düşünmemiştir.
“Bu tür elektronikleri silikon yerlere koyabiliriz, gitmeyi hayal bile edemeziz” diyor.
Hem karbür silikon hem de gallio di gallio’nun bu tür aşırı koşullarda performans gösterme potansiyeli, büyük bant genişliği boşluklarından kaynaklanmaktadır. Bunlar, malzemelerin değer bantları arasındaki enerji alanlarıdır. elektronlar Elektrik akışına katkıda bulunmakta serbest oldukları molekül ve iletim bandıyla bağlantılıdırlar. Yüksek sıcaklıklarda, daha sınırlı bir bant boşluğuna sahip malzemelerdeki elektronlar, iletim bandına ulaşmak için her zaman oldukça heyecanlıdır. Bu bir sorun sunar transistörÇünkü bu yüzden kapanamayacaklar. Büyük silikon boşlukları ve galyum karbürü nitrükleştirme, iletim bandı için elektronları heyecanlandırmak için daha fazla enerji gerektirir, böylece transistörler her zaman yüksek sıcaklık ortamlarında istemsiz olarak açılmaz.
Gallio’nun nitrürü, çiplerinin yüksek ısı koşullarında daha iyi çalışmasına izin veren silikon karbüre kıyasla benzersiz özelliklere sahiptir. Bu ay tarif ettikleri Chu Group IC IEEE Elektronik Cihaz HarfleriNitruro di gallio olarak adlandırılan şeyden oluşur Yüksek hareketlilik transistörleri (HEMT). Gan Hemts’in yapısı, bir Nitruro di gallio tabakası üzerinde alüminyum galyum bir nitruro filmi içerir. Yapı, iki malzeme arasındaki arayüz üzerinde elektronları çeker.
Bu elektron tabakası iki boyutlu olarak adlandırıldı Elektronik gaz (2deg): Oldukça yoğunlaşır ve çok az dirençle hareket eder. Bu, yükün 2NDEG’de çok daha hızlı hareket ettiği ve transistörün gerginlikteki değişikliklere yanıt verebilmesi ve açıklanan durumları arasında daha hızlı geçmesine neden olduğu anlamına gelir. Elektronların en hızlı hareketi ayrıca transistörün belirli bir voltaja yanıt olarak daha fazla akım taşımasını sağlar. 2DEG’nin silikon karbür kullanarak üretilmesi daha zordur, bu da çiplerinin Nitruro di gallio cihazlarının performansını ödemesini zorlaştırır.
800 ° C’de çalışmaya ikna etmek için yapısında bazı değişiklikler getirdi, Yixin XiongChu’nun yüksek lisans öğrencisi. Bu önlemlerin bazıları minimizasyona yol açtı Kayıp AkımTransistör kapalı olması gerektiğinde bile gizlice olan şarj edin. Bunu kullanarak yaptılar tantal Cihazın bileşenlerini ortamdan korumak ve cihazın kenarlarındaki metalin dış tabakasının 2deg’e dokunmasını önlemek için silisit bariyeri, transistördeki kayıp akımını ve dengesizliğini daha da artıracak.
Penn Eyaleti Mühendisler üstte test edildi elektronik hareketlilik 800 ° C’de transistörRongming Chu/Pennsylvania Eyalet Üniversitesi
Chu, çip arama ve üretim sürecinin beklenenden çok daha hızlı gittiğini söylüyor. Ekip, deneyin işe yarayacağından emindi. Ama “en iyi hipotezimden daha hızlıydı” diyor.
Sunduğu dikkate değer faydalara rağmen, Mantooth silikon karbüre kıyasla galyum nitruro’nun uzun vadeli güvenilirliği konusunda endişeli. “İnsanların bu aşırı sıcaklıklarda, 500 ℃ ve ötesindeki GANS için endişelendikleri şeylerden biri mikrofractures veya mikro çatlak [which is] Silikon karbürde mutlaka gördüğümüz bir şey değil, bu yüzden güvenilirlik sorunları olabilir “diye açıklıyor.
Chu, uzun vadeli güvenilirliğin iyileştirme için bir alan olduğunu kabul eder ve “getirebileceğimiz bazı teknik gelişmeler var: biri yüksek sıcaklıkta daha güvenilir hale getiriyor. Şu anda 800’de muhtemelen bir saat boyunca tutabiliriz”.
Silikon karbüre karşı gallio nitruro
Xiong, cihazı geliştirmek için hala yapacak çok iş var. Kayıp akımını en aza indirmenin yanı sıra, tantal silisci bariyerin bir fonksiyonunun önlenmesi olduğunu açıklar. titanyum Cihazda, 2ndeg’i yok edebilecek Algan filmiyle potansiyel olarak tepki verecek. Sonunda, Xiong titanyumu cihazdan tamamen çıkarmak istiyor. “Diyelim ki son hedef titanyuma güvenmiyor.”
Potansiyel uzun ömür zorluklarına rağmen, grup çipi, elektroniklerin nerede çalışabileceği sınırlarını zorluyor, Venüs. Chu, “800’de bir saat boyunca tutabiliyorsanız, bu 600 veya 700 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ° C’de çok daha fazla tutabileceğiniz anlamına geliyor.” Venüs’ün ortam sıcaklığı 470 ℃, bu nedenle yeni Gan sıcaklık kaydı, bir Venüs probu.
800 ℃ figürü de önemlidir. hipersonik uçak VE silahMantooth açıklıyor. Aşırı hızları yüzeyi ısıtabilecek sürtünme üretir 1500 ℃ Veya daha fazlası. “Birçok insanın fark etmediği şeylerden biri, Mach 2 veya Mach 3’e uçtuğunuzda, havanın sürtünmesinin bir aşırı Kanadın ana kenarında … ve biraz tahmin et? Radarınız burada. Burası diğer işleme ekipmanlarının bulunduğu yerdir. Bu uygulamalar, Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı’nın aşırı sıcaklıklar için elektroniklerle ilgilenmesinin nedenidir “diyor Mantooth.
Gelecek planlarına gelince, Chu bir sonraki adımların “cihazın daha hızlı çalışması için azaltıldığını” söylüyor. Ayrıca çipin çok düşük olmayan pazarlamaya hazır olabileceğini düşünüyor, çünkü bu kadar aşırı sıcaklıklarda çalışabilecek yongalar için çok az tedarikçi var. “Bence yeterince hazır. Bazı iyileştirmeler gerektiriyor, ancak yüksek sıcaklık elektronikleri ile ilgili güzel şey, orada başka bir şey olmaması” diyor.
Nitruro di gallio devresinin silikon karbür arkadaşlarına karşı zaferi uzun sürmeyebilir. Mantooth atölyesi ayrıca yüksek sıcaklık çipleri üretir ve Chu cipsinin sahip olduğu ısı seviyelerine ulaşmak için silikon karbür elde etmek için çalışıyor. Mantooth, “Silikon karbür ile aynı sıcaklıklara saldırmaya çalışmak için devreleri yapacağız” diyor. Sonunda kimin üstte olacağı belli olmasa bile, en az bir şey kesindir: rekabet hala ısınıyor.
Sitenizin makalelerinden
Web’deki ilgili makaleler