네거티브 커패시턴스라고하는 이상한 속성을 나타내는 전자 재료를 통합하면 고전력이 도움이 될 수 있습니다. 질화물 트랜지스터 갈륨 캘리포니아의 과학자들은 성능 장벽을 뚫고 나가십시오. 연구가 발표되었습니다 과학 그것을 제안합니다 부정적인 커패시턴스 트랜지스터가“ON”상태에서 성능이 우수한 상태와“Off”상태에서 얼마나 잘 수행되는지 사이의 트레이드 오프를 일반적으로 시행하는 물리적 한계를 회피하는 데 도움이됩니다. 이 프로젝트의 배후에있는 연구원들은 실리콘에서 광범위하게 연구 된 음성 커패시턴스가 이전에 인식 된 것보다 더 넓은 응용을 가질 수 있음을 보여줍니다.
GAN 파워를 기반으로 한 전자 제품 5G 기지국 및 소형 전력 어댑터 휴대 전화 용. 기술을 더 높은 주파수와 더 높은 전력 운영으로 밀어 붙일 때 엔지니어는 트레이드 오프에 직면합니다. 라디오 신호를 증폭시키는 데 사용되는 GAN 장치에서 고전자 변형 트랜지스터 (Hemts)유전체라는 절연 층을 추가하면 꺼질 때 에너지를 낭비하지 못하지만 켜져있을 때 흐르는 전류를 억제하여 성능을 손상시킵니다.
에너지 효율과 스위칭 속도를 극대화하기 위해 Hemts는 Schottky 게이트 (Schottky Gate)라는 금속 성분을 사용하며, 이는 Gan과 Algan 층으로 구성된 구조 위에 직접 설정됩니다. Schottky Gate에 의해 전압을 적용하면 트랜지스터 내부에 2D 전자 구름이 형성됩니다. 이 전자는 지저분하고 트랜지스터가 빠르게 전환하는 데 도움이되지만 게이트쪽으로 올라가서 누출되는 경향이 있습니다. 탈출을 방지하기 위해 장치는 유전체로 캡핑 될 수 있습니다. 그러나이 추가 층은 게이트와 전자 구름 사이의 거리를 증가시킵니다. 그리고 그 거리는 트랜지스터를 제어하는 게이트의 능력을 감소시켜 성능을 방해합니다. 게이트 제어 정도와 장치의 두께 사이의 역 관계를 Schottky 한계라고합니다.
“절연체를 추가하여 장치에서 더 많은 전류를 얻는 것은 매우 가치가 있습니다. 부정적인 커패시턴스없이 다른 경우에는 달성 할 수 없습니다” – UC Mishra, UC Santa Barbara
기존의 유전체 대신 sayeef salahuddin,,, 아시르 인 티사르 칸그리고 Urmita Sikteran캘리포니아 대학교 버클리의 전기 엔지니어들은 스탠포드 대학교 (Stanford University)의 연구원들과 협력하여 Schottky Gates와 함께 GAN 장치에 대한 특수 코팅을 테스트했습니다. 이 코팅은 산화 지르코니아 산화 지르코니아의 얇은 토핑으로 서리에 뿌려진 산화물 층으로 구성됩니다. 1.8 nm 두께의 이중층 재료는 짧은 HZO라고하며 음의 커패시턴스를 표시하도록 설계되었습니다.
Hzo는 a 강유전체. 즉, 외부 전압이 적용되지 않더라도 내부 전기장을 유지할 수있는 결정 구조가 있습니다. (기존의 유전체에는이 고유 한 전기장이 없습니다.) 전압이 트랜지스터에 적용되면 HZO의 고유 한 전기장은이를 반대합니다. 트랜지스터에서, 이것은 반 직관적 인 효과로 이어집니다. 전압의 감소는 HZO에 저장된 전하가 증가합니다. 이 음성 커패시턴스 반응은 게이트 제어를 효과적으로 증폭시켜 트랜지스터의 2D 전자 구름이 충전을 축적하고 국가 전류를 강화시키는 데 도움이됩니다. 동시에, HZO 유전체의 두께는 장치가 꺼져있을 때 누출 전류를 억제하여 에너지를 절약합니다.
Salahuddin은“다른 재료를 넣으면 두께가 올라가고 게이트 제어가 내려 가야합니다. 그러나 HZO 유전체는 Schottky 한계를 파괴하는 것으로 보입니다. “이것은 일반적으로 달성 할 수 없습니다”라고 그는 말합니다.
“절연체를 추가하여 장치에서 더 많은 전류를 얻는 것은 매우 가치가 있습니다. Umesh Mishra산타 바바라 (Santa Barbara) 캘리포니아 대학교 (University of California)의 GAN 고 전자 동창성 트랜지스터 전문가. “이것은 부정적인 커패시턴스가없는 다른 경우에는 달성 할 수 없습니다.”
누설 전류는 이러한 종류의 트랜지스터에서 잘 알려진 문제입니다.“따라서 혁신적인 강유전 층을 게이트 스택에 통합 하여이 약속을 분명히 알 수 있습니다.”라고 말합니다. 아론 프랭클린듀크 대학교의 전기 엔지니어. “이것은 확실히 흥미롭고 창의적인 발전입니다.”
음성 커패시턴스로 더 나아가고 있습니다
Salahuddin 은이 팀은 현재보다 고급 GAN 무선 주파수 트랜지스터에서 부정적인 커패시턴스 효과를 테스트하기 위해 업계 협업을 찾고 있다고 말했다. “우리가 보는 것은 과학적으로 장벽을 깨뜨린다”고 그는 말한다. 그는 실험실 조건 하에서 GAN 트랜지스터의 Schottky 한도를 분류 할 수 있으므로 실제 세계에서 작동하는지 테스트해야한다고 그는 말합니다.
Mishra는 논문에 설명 된 장치가 비교적 크다는 점을 지적하면서 동의합니다. Mishra는“매우 스케일링 된 장치에서 이것을 보는 것이 좋을 것입니다. “이것이 정말로 빛날 것입니다.” 그는이 작품이“위대한 첫 단계”라고 말합니다.
Salahuddin은 실리콘 트랜지스터에서 음성 정전 용량을 연구하고 있습니다 2007 년부터. 그리고 그 당시 많은 시간 동안 미쉬라 (Mishra)는 모든 회의 발표 후 강렬한 의문을 가졌다 고 말했다. 거의 20 년 후, Salahuddin의 팀은 음성 커패시턴스의 물리학에 대한 강력한 사례를 만들었으며 GAN 작업은 전력 전자 장치 및 통신 장비를 향후 더 높은 전력으로 밀어 넣는 데 도움이 될 수 있다고 Mishra는 말합니다. 버클리 팀은 또한 다이아몬드, 실리콘 카바이드 및 기타 재료를 포함한 다른 종류의 반도체로 만든 트랜지스터의 효과를 테스트하기를 희망합니다.