Wprowadzenie na rynek tranzystorów GaN
Wyższość GaN wynika z jego wyjątkowych właściwości materiałowych i elektronicznych, które sprawiają, że jest atrakcyjny w zastosowaniach związanych z elektroniką i optoelektroniką. Oprócz możliwości pracy przy wyższych napięciach i natężeniach prądu, wydajność przełączania tranzystorów z GaN jest nawet 10-krotnie wyższa niż w przypadku odpowiadających im tranzystorów krzemowych. Tranzystory o wysokiej mobilności elektronów, w których zastosowano GaN, wykazują również 10-krotne zwiększenie gęstości energii wytwarzanej przy częstotliwościach mikrofalowych. Uzyskana wydajność oznacza wprawdzie wyjątkowy potencjał GaN w wielu różnych zastosowaniach, jednak urządzenia z GaN nie wypierają jeszcze istniejących technologii. Konieczne jest skuteczne rozwiązanie problemów technicznych, takich jak pułapkowanie elektronów. Dzięki udostępnieniu zasobów badawczych francuskiej organizacji III-V Lab, finansowani przez UE naukowcy mogli skorzystać z najnowocześniejszego sprzętu, by zapoznać się z podstawami oraz mechanizmami fizycznymi związanymi ze zjawiskiem pułapkowania. Podczas realizacji projektu "Advanced characterisation of electronic properties of gallium nitride based devices" (ELEGAN) ustalili, że oddziaływanie pułapek jest większe w przypadku tranzystorów działających przy wysokich częstotliwościach. W przypadku tranzystorów zbudowanych przy użyciu cienkich warstw GaN osadzonych na innych materiałach, takich jak azotek krzemu, prąd drenu ulegał znaczącemu ograniczeniu w związku ze zjawiskiem pułapkowania. Ten tak zwany spadek prądu (ang. current collapse) oraz zmiany napięcia wpływały ostatecznie na moc wyjściową. Na podstawie tych ustaleń uczestnicy projektu ELEGAN przygotowali tranzystory do listwy zasilającej z GaN w stanie normalnie wyłączonym. Stan normalnie wyłączony był szczególnie pożądany w pierwszej generacji przemysłowej samochodów elektrycznych opracowywanych w ramach projektu "Nanoelectronics for an energy-efficient electric car" (E3CAR). Ponadto w opracowanych tranzystorach do listwy zasilającej uzyskano największy prąd drenu, jaki dotąd zaobserwowano. Tranzystory z GaN nie tylko wykazują charakterystykę niezbędną w przypadku zaawansowanych struktur zasilających i struktur do zarządzania zasilaniem stosowanych w ramach projektu E3CAR. Rozwiązanie opracowane przez uczestników projektu ELEGAN ujawniło ponadto, że penetracja rynku przez GaN jest możliwa w niedalekiej przyszłości, co oferuje europejskiej branży półprzewodnikowej nowe perspektywy.
Słowa kluczowe
Tranzystory, elektronika, azotek galu, krzem, samochód elektryczny
