Fujitsu melipatgandakan kekuatan output dari transistor gallium nitride

Untuk meningkatkan area pengamatan radar, perlu untuk meningkatkan daya output dari transistor yang digunakan dalam amplifier-nya. Tetapi dalam hal ini, menerapkan tegangan tinggi dapat merusak kristal yang membentuk transistor. Ilmuwan Fujitsu telah mengembangkan struktur kristal yang meningkatkan arus dan tegangan Transistor Mobilitas Tinggi Elektron (HEMT) gallium nitride (GaN), meningkatkan daya keluaran dari transistor yang digunakan dalam pemancar gelombang mikro sebanyak tiga kali. Kami akan memberi tahu Anda lebih banyak tentang perkembangan teknologi baru dalam artikel ini.



Teknologi GaN HEMT dapat digunakan sebagai penguat daya untuk peralatan seperti radar meteorologi - menurut para ilmuwan, ini akan meningkatkan area pengamatan radar sebesar 2,3 kali untuk deteksi dini awan awan yang menciptakan hujan deras. Fujitsu mencapai kepadatan transistor tertinggi di dunia dengan kekuatan 19,9 W per milimeter gerbang lebar GaN HEMT transistor menggunakan lapisan pelindung berdasarkan indium, aluminium dan gallium nitride (InAlGaN).

Aplikasi GaN HEMT

Dalam beberapa tahun terakhir, transistor GaN HEMT telah banyak digunakan sebagai amplifier daya frekuensi tinggi dalam radar dan sistem komunikasi nirkabel. Diasumsikan bahwa mereka juga akan menemukan aplikasi dalam radar meteorologi untuk deteksi akurat curah hujan lokal, serta dalam sistem komunikasi nirkabel gelombang milimeter untuk jaringan seluler generasi kelima (5G). Kisaran gelombang mikro dibandingkan dengan gelombang milimeter, yang digunakan dalam radar dan sistem komunikasi nirkabel, dapat ditingkatkan dengan meningkatkan daya output amplifier frekuensi tinggi berdasarkan pada transistor GaN HEMT.

Fujitsu telah meneliti transistor GaN HEMT sejak awal 2000-an dan saat ini menawarkan transistor HEMT AlGaN. Mereka akan menjadi generasi teknologi baru dari transistor GaN HEMT yang menyediakan operasi tegangan tinggi melalui penggunaan elektron kepadatan tinggi.

Apa yang ditawarkan teknologi baru?

Dalam transistor HEMT InAlGaN tradisional, tegangan antara gerbang dan elektroda drain berada pada lapisan pasokan elektron, dan sejumlah besar elektron dengan energi kinetik tinggi dibuat di sana. Akibatnya, elektron-elektron ini merusak struktur kristal lapisan. Akibatnya, transistor memiliki batas tegangan operasi maksimum.


Mekanisme kerusakan kristal dan struktur kristal baru

Dengan menggunakan lapisan pemisahan AlGaN yang baru, tegangan pada transistor dapat didistribusikan melalui lapisan pasokan elektron dan lapisan pemisahan. Dengan mengurangi konsentrasi tegangan, peningkatan energi kinetik elektron dalam struktur kristal ditekan, dan kerusakan pada lapisan pasokan elektron tidak terjadi, yang memungkinkan untuk meningkatkan tegangan operasi hingga 100 V.


Struktur Transistor GaN HEMT Baru dan Perbandingan Output Daya Teknologi Baru dan Tradisional

Rencana masa depan

Panas yang dihasilkan dalam transistor dapat secara efektif dihilangkan melalui substrat intan, teknologi koneksi yang dikembangkan oleh Fujitsu pada tahun 2017. Ketika transistor GaN HEMT dengan struktur kristal diuji dalam pengujian nyata, mereka menunjukkan daya keluaran sebesar 19,9 W per milimeter lebar gerbang, yang merupakan 3 kali daya keluaran dari transistor HGT AlGaN / GaN tradisional.

Informasi terperinci tentang perkembangan baru disajikan sebagai bagian dari Simposium Internasional tentang Pertumbuhan III-Nitrides (ISGN-7), sebuah konferensi internasional yang diadakan dari 5 hingga 10 Agustus di Warsawa, Polandia. Fujitsu sedang mengevaluasi ketahanan panas dan kinerja energi dari amplifier daya berdasarkan pada transistor GaN HEMT menggunakan teknologi ini untuk mengkomersialkan amplifier untuk aplikasi seperti radar dan sistem nirkabel berdasarkan jaringan 5G pada tahun fiskal 2020.

Catatan:

1. Gallium nitride (GaN) adalah bahan semikonduktor dengan tegangan gangguan lebih tinggi daripada bahan semikonduktor tradisional, termasuk silikon (Si) dan galium arsenide (GaAs).
2. Transistor dengan mobilitas elektron tinggi (High Electron Mobility Transistor, HEMT) - saluran transistor, yang beroperasi pada lapisan elektron pada batas antara dua bahan semikonduktor yang berbeda. Ini memiliki kecepatan operasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan semikonduktor tradisional.