GaN数字集成电路可在高达800°C的温度下正常工作

《IEEE Transactions on Electron Devices》：GaN Digital IC Operating Up to 800 °C Temperature

基于氮化镓（GaN）技术，研究团队实现了工作温度高达800℃的NOT门电路和600℃下11级环形振荡器（RO）。每个NOT门包含输入电阻晶体管逻辑（RTL）和输出电平移位两个阶段。在5V栅源电压和10V漏源电压下，阈值电压随温度升高从-2V（25℃）增至-3V（800℃），导通电流密度从392 mA/mm（25℃）降至70 mA/mm（800℃）。实验表明GaN在高温电子器件中优于硅 carbide（SiC），但RO的性能受限于中间金属介质的击穿，可通过优化介质厚度或质量改善。

　　

摘要：

本文利用氮化镓（GaN）技术报道了一种NOT门，其工作温度可达到800°C；同时还介绍了一种11级环形振荡器（RO），其在氮气环境中的工作温度可达到600°C。每个NOT门包含两个阶段：一个输入电阻-晶体管逻辑阶段和一个输出电平转换阶段。这些晶体管在25°C时的阈值电压约为-2 V，在800°C时的阈值电压约为-3 V。在栅源电压为5 V、漏源电压为10 V的条件下，导通状态下的电流密度从25°C时的392 mA/mm降低到了800°C时的70 mA/mm。采用相同的环形振荡器电路拓扑结构，GaN技术相较于碳化硅（SiC）技术表现出更好的性能。目前，环形振荡器的性能和工作温度受到金属间电介质击穿的限制，这一问题可以通过使用更厚或质量更好的电介质来缓解。

引言

由于氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽带隙半导体的本征载流子密度远低于硅（Si）[1]，因此它们非常适合用于高温电子应用，例如太空探索（温度可达数千摄氏度）[2]以及汽车排气和燃烧系统（温度可达数百摄氏度）[3]。