600°C पर चलने वाला नया SiC ट्रांजिस्टर: क्योटो यूनिवर्सिटी की उपलब्धि

भीषण गर्मी झेल सकने वाला सेमीकंडक्टर पदार्थ सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), कठोर परिस्थितियों में काम करने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए 20 साल से भी ज़्यादा समय से उपयोगी माना जाता रहा है। लेकिन यह शायद ही कभी व्यावहारिक उपकरणों में बदल पाया। इंजीनियर सिलिकॉन-युग की सोच को इस बिल्कुल अलग पदार्थ पर लगातार लागू करते रहे, यही इसकी वजह है, क्योटो यूनिवर्सिटी के शोधकर्ता मानते हैं। यह बात मुख्य लेखक मित्सुआकी कानेको ने बताई।

टीम ने जंक्शन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (JFET) नाम के ट्रांजिस्टर पर ध्यान केंद्रित किया। पहले के शोध में बताया गया था कि इन्हें जोड़कर कठोर परिस्थितियों में चलने वाले कम-बिजली वाले सर्किट बनाए जा सकते हैं। लेकिन टीम के पहले वाले SiC-JFET में दो समस्याएं थीं। ये सेमी-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट पर पारंपरिक टॉप-गेट संरचना से बने थे: ट्रांजिस्टर के थ्रेशोल्ड वोल्टेज को नियंत्रित करने में दिक़्क़त, और ज़्यादा तापमान पर काफ़ी करंट लीकेज।

पूरी तरह नई निर्माण प्रक्रिया बनाने के बजाय, शोधकर्ताओं ने उद्योग-मानक निर्माण तरीकों का ही इस्तेमाल किया। बस दो बदलाव किए: थ्रेशोल्ड वोल्टेज नियंत्रण सुधारने के लिए एक बॉटम-गेट संरचना, और ज़्यादा तापमान पर लीकेज घटाने के लिए सेमी-इंसुलेटिंग सब्सट्रेट की जगह वेल-आधारित आइसोलेशन। नया डिज़ाइन किया गया ट्रांजिस्टर टीम के पहले ही प्रयास में काम कर गया और 600°C पर लगातार चलता रहा। बॉटम-गेट संरचना ने थ्रेशोल्ड वोल्टेज नियंत्रण को काफ़ी सुधारा। लीकेज करंट को भी यह SiC के अपने गुणों से अपेक्षित सैद्धांतिक सीमा के क़रीब तक घटा दिया।

इन नतीजों से पता चलता है कि SiC पहले से ही एक परिपक्व पावर डिवाइस पदार्थ है, शोधकर्ताओं ने कहा। यह नई बॉटम-गेट संरचना की उस क्षमता को भी उजागर करता है, जो अत्यधिक तापमान के लिए भरोसेमंद SiC इंटीग्रेटेड सर्किट बनाने में काम आ सकती है। इस तकनीक के व्यावहारिक इस्तेमाल तक पहुंचने से पहले अभी बड़ी चुनौतियां बाकी हैं। टीम ज़्यादा जटिल सर्किट बनाने, वेफ़र-स्तर उत्पादन तक विस्तार करने, और पूरे डिवाइस पैकेज कठोर परिस्थितियों को झेल सकें यह सुनिश्चित करने की योजना बना रही है। कानेको, शुन्या शिबाता और सुनेनोबु किमोतो का यह शोध, "ओवर 600°C ऑपरेशन ऑफ़ आयन-इम्प्लांटेशन-बेस्ड SiC बॉटम-गेट JFETs" शीर्षक से 17 अगस्त को APL इलेक्ट्रॉनिक डिवाइसेस में प्रकाशित हुआ।