최초의 N채널 트랜지스터 공개, 고온 프로세서의 토대 마련

선구적인 업적을 이룬 일본의 연구원들은 세계 최초의 "n-채널" 다이아몬드 기반 트랜지스터를 개발하여 초고온에서 작동할 수 있는 프로세서에 더 가까이 다가갈 수 있게 되었다. 이 혁신은 직접 냉각의 필요성을 없앨 뿐만 아니라 프로세서의 작동 범위를 극한 환경으로 확장한다.

이 연구는 전압이 가해질 때 1초와 0초 사이의 전기 전환을 담당하는 기본 구성 요소인 트랜지스터에 다이아몬드를 통합함으로써 더 작고 빠르며 에너지 효율적인 전자 장치의 전망을 예고한다. 기존 부품과 달리 다이아몬드 기반 트랜지스터는 화씨 572도(섭씨 300도)를 초과하는 온도를 견디고 고장이 나기 전에 더 높은 전압을 견디는 등 가혹한 조건에서 복원력을 발휘한다.

1960년대부터 트랜지스터의 기존 소재였던 실리콘은 제조 공정의 크기가 줄어들어 실리콘 원자의 너비에 가까워지면서 물리적 한계에 도달했다. 이러한 한계는 반도체 기술의 혁신을 주도하기 위해 다이아몬드와 같은 대체 재료가 시급하다는 것을 강조한다.

트랜지스터는 다양한 유형으로 제공되며 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)가 가장 널리 퍼져 있다. MOSFET 내에서 n-채널 및 p-채널 구성은 각각 전자 또는 정공 전도를 결정한다. 하이사이드 전원 스위치에 사용되는 N 채널 트랜지스터는 전하 수송을 위해 전자를 이용한다.

획기적인 연구에서 연구원들은 n-채널 역할을 하는 두 개의 인 도핑된 다이아몬드 에피층으로 구성된 트랜지스터를 구축했다. 인 도핑은 전도성을 향상시켜 트랜지스터 작동에 필수적인 자유 전자의 흐름을 촉진한다. 어닐링된 티타늄 접점과 삼산화알루미늄 절연체를 특징으로 하는 트랜지스터 아키텍처는 다이아몬드를 사용하여 제작된 세계 최초의 기능성 n채널 MOSFET 트랜지스터로 절정에 달했다.

전도도 테스트 결과 n형 다이아몬드 MOSFET은 최대 573K의 온도에서 다른 와이드 밴드갭 반도체 기반 트랜지스터를 능가하는 높은 전계 효과 이동성을 입증하는 등 인상적인 성능을 보여주었다. 실리콘에 비해 Diamond의 넓은 밴드갭은 더 높은 전압과 주파수에서 작동할 수 있어 차세대 전자 장치에 이상적인 후보이다.

이 이정표는 p채널 와이드 밴드갭 트랜지스터의 생성을 포함하여 다이아몬드 트랜지스터 기술의 이전 혁신에 이은 것이다. 에너지 효율적인 전자 장치, 스핀트로닉 장치 및 열악한 환경을 위한 센서에 잠재적으로 응용되는 다이아몬드 반도체는 우주 탐사에서 전기 자동차 및 소비자 가전에 이르기까지 다양한 산업에 혁명을 일으킬 수 있는 가능성을 가지고 있다. 제조사 Impact Lab