Сверхтонкий полупроводник: скорость без перегрева

Ученые Пекинского университета разработали прорывной сверхтонкий полупроводник на основе карбида кремния (SiC), который устраняет компромисс между скоростью работы и тепловой стабильностью. Это достижение открывает новые горизонты для высокочастотной (RF) электроники следующего поколения.

Аморфные оксидные полупроводники (AOS) обладают потенциалом для низкотемпературной обработки на больших площадях, совместимой с производством чипов, и высокой подвижностью носителей заряда. Однако их существенный недостаток – низкая теплопроводность, приводящая к эффекту саморазогрева. Этот эффект ограничивает масштабирование транзисторов и работу на высоких частотах, что критично для таких технологий, как 5G и Интернет вещей.

Исследовательская группа под руководством академика Хуан Жу и профессора У Яньцина из Школы интегрированных схем Пекинского университета представила решение этой проблемы. Разработанный ими транзистор с короткой длиной канала (120 нм) на основе аморфного оксида индия-олова (ITO) с нитридом кремния на затворе, размещенный на подложке из карбида кремния (SiC) с высокой теплопроводностью, демонстрирует беспрецедентные возможности. Эта комбинация позволила полностью устранить саморазогрев устройства даже при высоком напряжении питания (3 В) и температуре (125°C).

Результаты тестов превзошли все предыдущие рекорды для AOS-устройств по скорости, рассеиванию тепла и мощности. Исследование, опубликованное в журнале Nature Electronics, показывает, что высокотеплопроводная подложка SiC значительно улучшает тепловой режим ультратонких каналов ITO как в статическом (DC), так и в радиочастотном (RF) режимах. Это дает существенное преимущество перед другими материалами, которые обычно имеют толщину в несколько микрометров.

Новые устройства найдут применение в высокоскоростных системах, таких как RF-усилители мощности и системы передачи данных. Кроме того, AOS могут стать основой для будущей электроники, совместимой с технологиями бэкэнд-оф-лайн (BEOL), обеспечивая масштабируемость и энергоэффективность RF-интеграции.