日本京都大学成功演示SiC在350°C下也能工作

近日，京都大学（Kyoto University）宣布，使用SiC半导体集成电路成功演示了Si半导体集成电路无法运行的350°C高温环境下的基本运行。该结果基于京都大学工学研究生院助理教授金子光明和木本恒信教授的研究团队。详情于3月25日在青山学院大学相模原校区于3月22日至26日在线举行的“第69届日本应用物理学会春季学术讲座会”上公布。

据说 Si 半导体在 250°C 左右会发生故障，无法在更高温度的环境中工作。因此，期望利用具有更好耐热性并且甚至可以在大约800°C下工作的SiC集成电路。但是，如果用SiC制造与Si集成电路中的晶体管类似的结构，则特性将由于 SiC 特有的缺陷，难以控制高温环境下的可靠性，并且存在功耗高的问题。

为了解决这些问题，正在开发与Si集成电路中的MOSFET不同的结构的SiC集成电路用晶体管，其中，JFET在电流流动区域没有MOSFET那样的物理界面缺陷。因此，作为构成高温动作的SiC集成电路的晶体管，很有前景。但是，通过一般方法制造的JFET，由于无法像MOSFET那样在同一基板上构成n型和p型组合的互补电路，因此需要大的待机功率和低功耗，需要进行转换。

通过一般方法制作的n型JFET的示意图（晶体生长）

（来源：京都大学新闻发布PDF）

在此背景下，研究团队提出了独特的晶体管结构和电路配置。据说它成功地演示了 SiC 逻辑门从室温到 350°C 的运行，并以低功耗运行。有两个实现点。首先是实现了在同一衬底上同时制造 n 型和 p 型的技术，这在传统的通用 JFET 制造方法中是不可能的。通过对整个器件结构进行离子注入进行局部导电型控制，据说它成功地在同一衬底上生产了n型和p型JFET。

通过所提出的方法（离子注入）生产的n型和p型JFET的示意图（来源：京都大学新闻发布PDF）

第二个是JFET实现了常关型特性，即在没有电压施加到栅极端子时不允许电流流动作为晶体管的特性。据说这种特性也很难通过一般的 JFET 制造方法实现，但通过采用双栅极结构，通过从两侧夹住沟道区域来构成栅极区域，可以制造常关型 JFET。据说已经完成了。

经证实，制造的互补型JFET在室温至350℃的温度范围内正常工作，待机状态下的功耗最大可抑制在几十nW以下。研究团队解释说，本次研究的优点是本次提出的电路可以使用作为功率半导体的SiC半导体的标准工艺来制造，但我们将继续进行MOSFET，需要进一步的基础研究来确定是否JFETs可以通过小型化做得更小、更快、更精密，还需要继续研究。