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 耐600℃不漏电！京都大学SiC晶体管技术突破
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【卡城华人网 www.calgarychina.ca】 2026-08-25 11:15 免责声明： 本消息未经核实，不代表网站的立场、观点，如有侵权，请联系删除。 |
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日本京都大学研究团队成功开发出一款可在600°C高温下运作的碳化矽（SiC）电晶体，采用商业晶圆厂广泛使用的离子布植技术，并将设计值与实测值之间的临界电压差距，在400°C下缩小至0.1V以下，相较传统结构超过2V的差距大幅改善。 京都大学指出，SiC具备宽能隙、高耐压与高热稳定性等特性，长期被视为极端高温电子元件的重要材料。过去SiC高温电子研究多停留在基础研究阶段，其中一项关键瓶颈，就是如何在高温环境下维持电晶体稳定且可预测的电气特性。目前该研究成果已发表于《APL Electronic Devices》。 
这项研究的核心突破之一，在于采用底闸极结构。传统顶闸极JFET在进行离子布植时，掺杂离子可能沿着SiC晶格特定方向深入材料内部，形成「通道效应」（ channeling effect ），导致实际掺杂分布与设计值产生落差，进而造成电晶体临界电压偏移。研究团队将闸极设置在通道下方，利用底闸极结构补偿离子布植造成的掺杂尾端，让通道区的电气特性更容易受到控制。 实验结果显示，传统结构的设计临界电压与实测值在高温下可能出现超过2V的差距；导入底闸极设计后，在400°C下的差距则缩小至0.1V以下，显著提升临界电压控制能力。这项改善相当重要，因为对逻辑电路而言，电晶体是否能在高温下维持稳定且可预测的闸极控制，直接影响后续电路的逻辑电压、功耗与可靠度。 美国NASA格伦研究中心（ NASA Glenn Research Center ）过去曾让采用SiC JFET的积体电路在空气中以500°C运作超过一年，该电路包含超过175个电晶体；此外，在模拟金星表面的环境中，这些晶片也曾在460°C、9.3 MPa压力下无任何防护运作60天。 NASA的元件采用由磊晶JFET与电阻元件构成的客制化制程。相较之下，京都大学研究团队则透过离子布植技术实现更高的元件操作温度，而离子布植已是主流晶圆厂广泛采用的标准制程，因此更有利于导入既有的大量生产流程。 目前SiC已逐步成为功率元件晶圆的重要材料，但高温逻辑电路仍属规模相对较小的利基市场。不过，这款电晶体属于「常开型」（ normally -on）元件，也就是在未施加闸极电压时便会导通，因此会产生待机功耗。要实现高效率逻辑电路，通常需要由互补的常闭型（normally-off）元件构成，而目前这款元件尚未达到这项要求。 京都大学强调，下一阶段仍有多项挑战，包括提高电路复杂度、推进晶圆级制造，以及确保封装材料与结构同样能承受极端高温。 来源：科技新报 编辑(Edit) 删除(Delete) |
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