Fujitsu triple la puissance de sortie des transistors au nitrure de gallium

Pour augmenter la zone d'observation radar, il est nécessaire d'augmenter la puissance de sortie des transistors utilisés dans ses amplificateurs. Mais dans ce cas, l'application d'une haute tension peut endommager les cristaux qui forment le transistor. Les scientifiques de Fujitsu ont développé une structure cristalline qui augmente le courant et la tension des transistors en nitrure de gallium (HEMT) à transistor à haute mobilité électronique (HEMT), augmentant par trois la puissance de sortie des transistors utilisés dans les émetteurs hyperfréquences. Nous vous en dirons plus sur le développement de nouvelles technologies dans l'article.



La technologie GaN HEMT peut être utilisée comme amplificateur de puissance pour des équipements tels que les radars météorologiques - selon les scientifiques, cela augmentera la zone d'observation radar de 2,3 fois pour une détection précoce des nuages ​​d'orage qui créent de fortes précipitations. Fujitsu a atteint la densité de transistors la plus élevée au monde avec une puissance de 19,9 W par millimètre de largeur de grille du transistor GaN HEMT en utilisant une couche de protection à base d'indium, d'aluminium et de nitrure de gallium (InAlGaN).

Applications GaN HEMT

Ces dernières années, les transistors GaN HEMT ont été largement utilisés comme amplificateurs de puissance haute fréquence dans les radars et les systèmes de communication sans fil. On suppose qu'ils trouveront également une application dans les radars météorologiques pour la détection précise des précipitations locales, ainsi que dans les systèmes de communication sans fil à ondes millimétriques pour les réseaux mobiles de cinquième génération (5G). La gamme des micro-ondes par rapport aux ondes millimétriques, qui sont utilisées dans les radars et les systèmes de communication sans fil, peut être augmentée en augmentant la puissance de sortie des amplificateurs haute fréquence basés sur des transistors GaN HEMT.

Fujitsu recherche des transistors GaN HEMT depuis le début des années 2000 et propose actuellement des transistors AlGaN HEMT. Ils deviendront la nouvelle génération technologique de transistors GaN HEMT qui fournissent un fonctionnement à haute tension grâce à l'utilisation d'électrons à haute densité.

Qu'offre la nouvelle technologie?

Dans les transistors InAlGaN HEMT traditionnels, la tension entre la grille et les électrodes de drain était dans la couche d'alimentation en électrons, et un grand nombre d'électrons à haute énergie cinétique y sont créés. En conséquence, ces électrons ont endommagé la structure cristalline de la couche. En conséquence, les transistors avaient une limite sur la tension de fonctionnement maximale.


Mécanisme d'endommagement des cristaux et nouvelle structure cristalline

En utilisant la nouvelle couche de séparation AlGaN, la tension dans le transistor peut être répartie sur la couche d'alimentation en électrons et la couche de séparation. En réduisant la concentration en tension, l'augmentation de l'énergie cinétique des électrons dans la structure cristalline est supprimée, et les dommages à la couche d'alimentation en électrons ne se produisent pas, ce qui permet d'augmenter la tension de fonctionnement à 100 V.


Nouvelle structure de transistor GaN HEMT et comparaison de la puissance de sortie des technologies nouvelles et traditionnelles

Plans futurs

La chaleur générée dans le transistor peut être efficacement éliminée à travers le substrat en diamant, dont la technologie de connexion a été développée par Fujitsu en 2017. Lorsque les transistors à structure cristalline GaN HEMT ont été testés dans des tests en conditions réelles, ils ont montré une puissance de sortie de 19,9 watts par millimètre de largeur de grille, ce qui est 3 fois la puissance de sortie des transistors traditionnels AlGaN / GaN HEMT.

Des informations détaillées sur le nouveau développement ont été présentées dans le cadre du Symposium international sur la croissance des nitrures III (ISGN-7), une conférence internationale qui s'est tenue du 5 au 10 août à Varsovie, en Pologne. Fujitsu évalue la résistance à la chaleur et les performances énergétiques des amplificateurs de puissance basés sur des transistors GaN HEMT en utilisant cette technologie pour commercialiser des amplificateurs pour des applications telles que les radars et les systèmes sans fil basés sur des réseaux 5G d'ici l'exercice 2020.

Remarques:

1. Le nitrure de gallium (GaN) est un matériau semi-conducteur avec une tension de claquage plus élevée que les matériaux semi-conducteurs traditionnels, y compris le silicium (Si) et l'arséniure de gallium (GaAs).
2. Transistors à haute mobilité électronique (High Electron Mobility Transistor, HEMT) - transistor à canal, qui fonctionne sur une couche d'électrons à la frontière entre deux matériaux semi-conducteurs différents. Il a une vitesse de fonctionnement plus élevée que les semi-conducteurs traditionnels.