Neue Transistortechnologie kann die Wärmeableitungskapazität um mehr als das Doppelte steigern
Berichten zufolge hat ein Forschungsteam der Osaka Metropolitan University Diamant, das wärmeleitfähigste Naturmaterial der Erde, als Substrat für die Herstellung von Galliumnitrid-Transistoren (GaN) verwendet, die über eine mehr als doppelt so hohe Wärmeableitungskapazität wie herkömmliche Transistoren verfügen. Es wird berichtet, dass der Transistor nicht nur in 5G-Kommunikationsbasisstationen, meteorologischen Radargeräten, Satellitenkommunikation und anderen Bereichen, sondern auch in der Mikrowellenerwärmung, Plasmaverarbeitung und anderen Bereichen eingesetzt werden kann. Die neuesten Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Small“ veröffentlicht.
Mit der zunehmenden Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen sind Probleme wie erhöhte Leistungsdichte und Wärmeerzeugung aufgetreten, die sich auf die Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer dieser Geräte auswirken können. Man geht davon aus, dass Galliumnitrid (GaN) auf Diamant vielversprechende Aussichten als Halbleitermaterial der nächsten Generation bietet, da beide Materialien über große Bandlücken verfügen, die eine hohe Leitfähigkeit und hohe Wärmeleitfähigkeit von Diamant ermöglichen und sie als hervorragende Wärmeableitungssubstrate positionieren.
Zuvor hatten Wissenschaftler versucht, GaN-Strukturen auf Diamanten zu erzeugen, indem sie zwei Komponenten mit einer Art Übergangs- oder Klebeschicht kombinierten. In beiden Fällen beeinträchtigte die zusätzliche Schicht jedoch erheblich die Wärmeleitfähigkeit von Diamanten und zerstörte eine wichtige vorteilhafte Kombination von GaN-Diamanten. In der neuesten Forschung ist es Wissenschaftlern der Osaka Public University gelungen, GaN-Transistoren mit hoher Elektronenmobilität unter Verwendung von Diamant als Substrat herzustellen. Die Wärmeableitungsleistung dieser neuen Technologie ist mehr als doppelt so hoch wie die von ähnlich geformten Transistoren, die auf Siliziumkarbid-Substraten (SiC) hergestellt werden.
Um die hohe Wärmeleitfähigkeit von Diamant zu maximieren, integrierten die Forscher eine Schicht aus kubischem Siliziumkarbid zwischen GaN und Diamant. Diese Technologie reduziert den thermischen Widerstand der Schnittstelle erheblich und verbessert die Wärmeableitungsleistung. Diese neue Technologie hat das Potenzial, die Kohlendioxidemissionen erheblich zu reduzieren und durch die Verbesserung der Wärmemanagementfähigkeiten möglicherweise die Entwicklung von Energie- und Hochfrequenzelektronikprodukten zu revolutionieren.
