Mitsubishi Electric разработала первый в мире многоячеистый транзистор GaN-HEMT с непосредованным соединением с алмазной подложкой

06.09.2019 Прочитать: PDF

Mitsubishi Electric разработала первый в мире многоячеистый транзистор GaN-HEMT с непосредованным соединением с алмазной подложкой

Повышение энергоэффективности и надежности СВЧ-электроники

Москва, 2 сентября 2019 г. – Корпорация Mitsubishi Electric (TOKYO: 6503) совместно с Исследовательским центром глобальных микроэлектромеханических систем (МЭМС) и микротехники Национального Института Прогрессивной Промышленной Науки и Технологии (AIST) объявила о разработке нового транзистора с высокой подвижностью электронов на базе нитрида галлия (GaN-HEMT).

Прибор имеет многоячеистую структуру (т. е. состоит из множества параллельно расположенных транзисторных ячеек) и соединяется напрямую с обладающей высокой теплопроводностью монокристаллической теплоотводящей алмазной подложкой. Это первый в мире многоячеистый GaN-HEMT, изготовленный с помощью прямого соединения транзистора с монокристаллической алмазной подложкой.* Инновационное устройство с высокой подвижностью электронов на основе нитрида галлия с алмазной подложкой (GaN-on-Diamond HEMT) повысит КПД суммирования мощности усилителей в базовых станциях мобильной связи и системах спутниковой связи, тем самым способствуя сокращению потребления энергии. Mitsubishi Electric сейчас проводит оптимизацию конструкции транзистора GaN-on-Diamond HEMT до его выхода на рынок, намеченного на 2025 год.


Впервые об этом научном достижении было объявлено на Международной конференции по твердотельным приборам и материалам (SSDM), которая проходит в Университете Нагоя (Япония) со 2 по 5 сентября текущего года.

Новый GaN-on-Diamond HEMT
Новый GaN-on-Diamond HEMT
Ячеистая структура, вид сверху
Ячеистая структура, вид сверху

Корпорация Mitsubishi Electric занималась проектированием, изготовлением, оценкой и анализом GaN-on-Diamond HEMT, а уже в Национальном Институте Прогрессивной Промышленной Науки и Технологии (AIST) разработали технологию прямого соединения.

Частично это достижение основано на результатах, полученных в рамках проекта, заказанного Организацией по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO).

Ключевые характеристики:

  • Первый в мире многоячеистый GaN-HEMT на алмазной подложке Большинство существующих транзисторов GaN-HEMT с теплоотводной алмазной подложкой изготавливаются с использованием пленки с эпитаксиальным слоем GaN, из которой удалена кремниевая подложка и на которую алмаз осаждается в условиях повышенной температуры. Затем осуществляется сборка транзисторов HEMT на алмазной подложке пластины GaN. Однако, поскольку коэффициенты теплового расширения GaN и алмаза различны, пластина может сильно деформироваться в процессе производства, а это затрудняет сборку больших многоячеистых транзисторов GaN-HEMT.

В ходе упомянутого выше исследования, из оригинального многоячеистого транзистора GaN-HEMT удалили кремниевую подложку, его тыльную поверхность подвергли шлифовке для утончения и уплощения, после чего соединили непосредственно с алмазной подложкой при помощи адгезионного нанослоя. Многоячеистая структура использовалась для параллельного расположения восьми транзисторных ячеек, относящихся к типу, который используется в современных изделиях. Таким образом, была выполнена сборка первого в мире многоячеистого транзистора GaN-on-Diamond HEMT на основе монокристаллического алмаза с высокой степенью теплоотдачи.

  • Улучшенная выходная мощность и энергоэффективность для расширенного диапазона радиоволн и энергосбережения по сравнению с оригинальным GaN-HEMT с такой же структурой, но на кремниевой подложке.
    Благодаря использованию монокристаллического алмаза (теплопроводностью 1900 Вт/мК), обладающего превосходными теплоотводящими свойствами, рост температуры GaN-HEMT уменьшается с 211,1 до 35,7 °С, что блокирует процесс термической деструкции. Это повышает отдаваемую мощность с 2,8 до 3,1 Вт на 1 мм ширины затвора и увеличивает КПД по добавленной мощности с 55,6 до 65,2%, тем самым обеспечивая значительную экономию энергии.

История вопроса

Применение в последние годы высокопроизводительных транзисторов GaN-HEMT в высокомощных усилителях базовых станций мобильной и систем спутниковой связи позволило сделать оборудование более компактным, легким и эффективным. Однако из-за выделения тепла при работе на высокой мощности выходные заявленные характеристики, изначально присущие GaN-транзисторам, не могут быть достигнуты на практике, при этом надежность транзисторов снижается. Анонсированный многоячеистый транзистор GaN-on-Diamond HEMT при использовании в высокомощных усилителях может обеспечить высокие показатели отдаваемой мощности и КПД по добавленной мощности, что снизит требования к энергопотреблению для базовых станций мобильной и систем спутниковой связи.

 

Патенты

На указанные в настоящем пресс-релизе технологии подано девять заявок на получение патента в Японии и десять заявок - за рубежом. На указанные в пресс-релизе технологии получено два патента в Японии.


* По данным исследований Mitsubishi Electric на 2 сентября 2019 г.


Возврат к списку