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5-6-3 sic dispositifs de niveau de signal à haute température

Technologie 5.silicon de carbure

5-6-3 sic dispositifs de niveau de signal à haute température

2018-01-08

la plupart des circuits de conditionnement de signaux analogiques et logiques numériques sont considérés comme un \"niveau de signal\" dans les transistors individuels

dans ces circuits, il ne faut généralement pas plus de quelques milliampères de courant et \u003c20 v pour fonctionner correctement.

les circuits silicium-sur-isolant disponibles dans le commerce peuvent effectuer des fonctions de niveau de signal numériques et analogiques complexes

jusqu'à 300 ° C lorsqu'une sortie haute puissance n'est pas requise [163]. Outre les ics dans lesquels il est avantageux de combiner fonctions de niveau avec haute / unique ou sic capteurs / mems uniques sur une seule puce, plus coûteux circuits sic uniquement l'exécution de fonctions de niveau de signal de faible puissance semble largement injustifiable pour les applications à faible rayonnement à des températures en dessous de 250-300 ° c.


à ce jour, il n'y a pas de transistors semi-conducteurs ou de circuits intégrés disponibles dans le commerce (sic ou autre) pour une utilisation à des températures ambiantes supérieures à 300 ° c. même si les prototypes de laboratoire à haute température sic ont s'est considérablement améliorée au cours de la dernière décennie, la réalisation d'une fiabilité opérationnelle à long terme reste le principal réaliser des dispositifs et des circuits utiles de 300 à 600 ° C. technologies de circuit qui ont été utilisées pour implémenter avec succès vlsi les circuits en silicium et gaas tels que cmos, ecl, bicmos, dcfl, etc., sont à des degrés divers candidats pour t \u0026 gt; 300 ° c sic- circuits intégrés. la fiabilité de la porte-isolant à haute température (section 5.5.5) est essentielle à la réalisation réussie de circuits intégrés à base de mosfet. une fuite de la diode schottky porte-à-canal limite la température de fonctionnement maximale des circuits du mesfet sic à environ 400 ° C (section 5.5.3.2). par conséquent, les dispositifs à jonction pn tels que les transistors à jonction bipolaire et les transistors jfets à effet de champ de jonction semblent être plus forts (au moins à court terme) des technologies candidates pour atteindre un fonctionnement de longue durée à 300-600 ° c. ambients. Parce que les circuits de niveau de signal sont exploités à des champs électriques relativement bas en dessous de la tension électrique de la plupart des dislocations, micropipes et autres dislocations affectent les rendements du circuit du niveau de signal à un degré beaucoup plus faible.


Au moment d'écrire ces lignes, quelques transistors discrets et de petits circuits logiques de prototype et d'amplificateurs analogiques ont été démontrés en laboratoire en utilisant des variations sic de topologies de dispositifs nmos, cmos, jfet et mesfet. Cependant, aucun de ces prototypes n'est commercialement viable à ce jour, en grande partie en raison de leur incapacité à offrir un fonctionnement électriquement stable de longue durée à des températures ambiantes au-delà du domaine de 250-300 ° C de la technologie silicium-sur-isolant. comme discuté dans la section 5.5, un obstacle commun à toutes les technologies de dispositif sic à haute température est un fonctionnement fiable à long terme des contacts, de l'interconnexion, de la passivation et de l'emballage à t \u0026 gt; 300 ° c. en incorporant des contacts ohmiques à haute température et des emballages hautement durables, un fonctionnement électrique continu prolongé d'un transistor à effet de champ 6h-sic emballé à 500 ° C dans un environnement d'air oxydant a été récemment démontré.


comme d'autres améliorations aux technologies fondamentales de traitement des dispositifs sic (section 5.5) sont faites, de plus en plus durable t \u0026 gt; La technologie des transistors sic à 300 ° C évoluera pour une utilisation bénéfique dans des applications difficiles. Une fonctionnalité à haute température de plus en plus complexe nécessitera des conceptions de circuits robustes qui s'adapteront à de grands changements dans les paramètres de fonctionnement de l'appareil sur des plages de températures beaucoup plus larges (jusqu'à 650 ° C) permises par sic. Les modèles de circuit doivent tenir compte du fait que les épilateurs des dispositifs sic sont considérablement «gelés» en raison des énergies d'ionisation dopante plus élevées des donneurs et des accepteurs, de sorte que les pourcentages non triviaux des dopants de la couche périphérique ne sont pas ionisés. En raison de ces effets de gel des porteurs, il sera difficile de réaliser des opérations à des températures de jonction très inférieures à -55 ° C (la limite inférieure de la gamme de températures de la norme Mil).


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