600°C-இல் இயங்கும் புதிய SiC டிரான்ஸிஸ்டர்: கியோட்டோ பல்கலைக்கழக சாதனை

கடும் வெப்பத்தைத் தாங்கக்கூடிய குறைக்கடத்திப் பொருளான சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC), கடுமையான சூழல்களில் இயங்க வேண்டிய மின்னணு சாதனங்களுக்கு உகந்தது என 20 ஆண்டுகளுக்கும் மேலாகக் கருதப்பட்டு வந்தது. ஆனாலும் அது நடைமுறை சாதனங்களாக அரிதாகவே மாறியுள்ளது. பொறியாளர்கள் சிலிக்கான்-கால சிந்தனையையே இந்த முற்றிலும் வேறுபட்ட பொருளுக்கும் தொடர்ந்து பயன்படுத்தி வந்தனர். இதுவே காரணம் என கியோட்டோ பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் கருதுகின்றனர் என முதன்மை ஆசிரியர் மிட்சுவாகி கனேகோ தெரிவிக்கிறார்.

ஜங்க்ஷன் ஃபீல்ட்-எஃபெக்ட் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் (JFET) எனும் டிரான்ஸிஸ்டர் வகையை குழு மையமாகக் கொண்டது. இவற்றை இணைத்து, கடுமையான சூழல்களில் இயங்கக்கூடிய குறை-மின்சக்தி வளாகங்களை உருவாக்க முடியும் என முந்தைய ஆய்வுகள் சுட்டிக்காட்டியிருந்தன. ஆனால் குழுவின் முந்தைய SiC-JFET-களில் இரு பிரச்சினைகள் இருந்தன. அவை அரை-காப்புத் தளங்களில் வழக்கமான டாப்-கேட் அமைப்புடன் கட்டமைக்கப்பட்டிருந்தன. டிரான்ஸிஸ்டரின் த்ரெஷோல்டு மின்னழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்துவதில் சிக்கலும், அதிக வெப்பநிலையில் கணிசமான மின்சார கசிவும் இருந்தன.

முற்றிலும் புதிய உற்பத்தி முறையை உருவாக்குவதற்குப் பதிலாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் தொழில்துறை தரநிலை உற்பத்தி முறைகளையே பயன்படுத்தினர். ஆனால் இரு மாற்றங்களைச் செய்தனர்: த்ரெஷோல்டு மின்னழுத்தக் கட்டுப்பாட்டை மேம்படுத்த ஒரு பாட்டம்-கேட் அமைப்பு, அதிவெப்பநிலை கசிவைக் குறைக்க அரை-காப்புத் தளத்திற்குப் பதிலாக வெல் அடிப்படையிலான தனிமைப்படுத்தல். மறுவடிவமைக்கப்பட்ட டிரான்ஸிஸ்டர் குழுவின் முதல் முயற்சியிலேயே வேலை செய்தது, 600°C-இல் தொடர்ந்து இயங்கியது. பாட்டம்-கேட் அமைப்பு த்ரெஷோல்டு மின்னழுத்தக் கட்டுப்பாட்டை கணிசமாக மேம்படுத்தியது. SiC-இன் சொந்தப் பண்புகளால் எதிர்பார்க்கப்படும் கோட்பாட்டு வரம்புக்கு அருகில் மின்சார கசிவையும் இது கூர்மையாகக் குறைத்தது.

SiC ஏற்கெனவே ஒரு முதிர்ச்சியடைந்த பவர் சாதனப் பொருள் என்பதை இந்த முடிவுகள் காட்டுகின்றன என ஆராய்ச்சியாளர்கள் தெரிவிக்கின்றனர். அதிவெப்பநிலைகளுக்கான நம்பகமான SiC ஒருங்கிணைந்த மின்சுற்றுகளை உருவாக்குவதற்கு புதிய பாட்டம்-கேட் அமைப்பின் திறனையும் இது வெளிப்படுத்துகிறது. இத்தொழில்நுட்பம் நடைமுறைப் பயன்பாட்டை அடைவதற்கு முன் குறிப்பிடத்தக்க சவால்கள் உள்ளன. மேலும் சிக்கலான மின்சுற்றுகளை உருவாக்குதல், வேஃபர்-அளவு உற்பத்திக்கு விரிவாக்குதல், முழுமையான சாதனப் பொதிகள் கடுமையான சூழல்களைத் தாங்குமா என உறுதிசெய்தல் ஆகியவற்றை குழு திட்டமிட்டுள்ளது.