La capacité négative rend les transistors GaN rapidement et efficaces

Des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley, ainsi que des collaborateurs de Stanford, ont utilisé avec succès un matériau ferroélectrique pour surmonter une limitation de longue date des transistors en nitrure de gallium (GAN).Leurs résultats, publiés dans Science, montrent que l'intégration d'un matériau présentant une capacité négative dans les appareils GaN aide à améliorer les performances sans sacrifier l'efficacité énergétique.

Les transistors à base de Gan sont des composants essentiels dans les stations de base 5G et les alimentations compactes.Cependant, les mettre à l'échelle pour une puissance et une fréquence plus élevées ont toujours impliqué des compromis.Un défi clé réside dans le maintien d'un courant élevé lorsque l'appareil est allumé, tout en réduisant les fuites d'énergie lorsqu'elle est éteinte.Ceci est généralement limité par la limite de Schottky, un compromis dicté par l'épaisseur des couches isolantes dans le transistor.

L'équipe de recherche a abordé cette question en appliquant une bicouche de 1,8 nanomètre d'épaisseur en oxyde de hafnium et en zircone, connue sous le nom de HZO.Il a une structure cristalline, lui permettant de maintenir un champ électrique interne, sans tension externe appliquée.

Contrairement aux isolants conventionnels, HZO est un matériau ferroélectrique qui prend en charge la capacité négative.Ce phénomène améliore le contrôle des portes et augmente le flux de courant sur l'état, tout en limitant les fuites lorsque le transistor est désactivé.

Normalement, l'augmentation de l'épaisseur diélectrique affaiblit le contrôle du transistor.Mais avec une capacité négative, la nouvelle conception défie cette logique.Le champ interne de la couche HZO interagit avec la tension appliquée d'une manière qui augmente l'accumulation de charge à la porte.Cela se traduit directement par un meilleur comportement de commutation et une plus grande efficacité dans les transistors GaN.

Bien que les dispositifs expérimentaux soient encore relativement importants, l'équipe prévoit d'appliquer cette approche à des transistors radio-fréquence plus avancés et plus avancés.La recherche ouvre de nouveaux chemins pour étendre les applications de capacité négative au-delà du silicium dans le GAN, et peut-être dans d'autres semi-conducteurs de haute puissance comme le carbure de silicium et le diamant.S'il est avéré évolutif, cette innovation pourrait considérablement améliorer les performances des futurs appareils électroniques et de télécommunications.