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众所周知，在250℃的温度环境下，传统的Si(硅)基半导体集成电路就会产生误动作；在350℃的高温环境下就根本无法正常工作。但是日本京都大学一个研究团队的研究成果表明，SiC(碳化硅)基半导体集成电路即使在350℃的高环境温度下仍然能够正常工作。 2022年3月22日日本京都大学工学研究科金子光显助教和木本恒畅教授领导的研究团队，将他们自己取得的这项研究成果发表在了于日本青山学院大学相模原校区会场与在线混合召开的日本【応用物理学会第69回春季学術講演会】上。 据研究者介绍，Si半导体集成电路大约在250℃时就会产生误动作，在更高的环境温度下就根本无法工作。理论上讲，SiC具有好得多的耐热性，即使在800℃的环境温度下也能够工作；但是，从制作工艺上讲，如果用它制作成与Si一样的结型晶体管集成电路时，由于SiC特有的缺陷，其特性的控制变得困难，性能的可靠性无法得到保障，而且功耗也会很高。为了解决这个问题，他们开发了与Si基场效应晶体管集成电路MOSFET结构不同的SiC基集成电路用晶体管JFET。在这种SiC晶体管JFET中，电流流过的领域不存在MOSFET那样的界面物理缺陷，因此使得制作能够在高温环境下工作的SiC基集成电路的晶体管成为可能。  SiC不适于制作n型与p型互补的晶体管 不过，JFET无法按照传统的方式制备，这是因为SiC基板不可能像制作MOSFET的Si基板那样，在同一块基板上由n型半导体与p型半导体构成互补电路、从而消耗较大的待机功耗，显然这与JFET低功耗化的需求是相违背的。为此，研究团队另辟蹊径，设计出了独特的晶体管结构与电路结构。通过SiC基逻辑门电路的动作试验证明，这种独特的结构能够完全满足，从室温到350℃都能够进行低功耗运作的功能。在如此宽域的温度范围内，待机功耗始终被抑制在几十nW以下。  京都大学研发的适用于SiC的晶体管 研究团队认为，迄今为止，他们实现了两项突破。首先，他们通过离子注入，成功地实现了在同一块基板上制作n型和p型JFET的技术。其次，作为晶体管的特性，JFET实现了常闭特性，即当栅极不施加电压时，电流不会流动。虽然这种常闭特性在通常的JFET制作方法中很难实现，但是研究团队通过双栅极结构将其制作了出来。他们用两个栅极从两侧夹住通道区域，构成了一个栅极区域，实现了常闭型JFET的制作。 当然，这些突破可能仅仅是一个开始，要想达到实用的程度和实现量产，在小型化、高速化、高性能化方面，还有相当长的路要走，这就像二十世纪40年代末期发明结型晶体管到集成电路的出现需要经历一段路程那样。 |
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