Fujitsu разработала GaN-транзистор, двукратно повышающий дальность погодных радаров

Компания Fujitsu Limited и её исследовательское подразделение Fujitsu Laboratories Ltd продолжают совершенствовать мощные транзисторы с использованием нитрида галлия (GaN). Подобные полупроводниковые структуры позволяют создавать электронные приборы с высочайшей рабочей частотой, что востребовано в радиолокационной и приёмопередающей аппаратуре. Например, грядёт сотовая связь пятого поколения с ёмкими каналами для передачи данных, для которых мощные высокочастотные транзисторы станут находкой. Другим важным применением подобных транзисторов считаются погодные радары, способные определять дождевые облака и помогать предсказывать ливни и штормы.

Новая разработка Fujitsu позволяет улучшить так называемый транзистор с высокой мобильностью электронов (high electron mobility transistors, HEMT) как с позиции увеличения тока, так и с позиции увеличения управляющего напряжения. В кристаллическую структуру транзистора HEMT с использованием нитрида галлия внесены изменения в виде разделительного слоя из сплава алюминия с нитридом галлия (AlGaN). Добавочный слой или барьер разделяет слой из сплава индия, алюминия и нитрида галлия (InAlGaN) и нижележащий транзисторный канал для движения электронов.

В обычной ситуации без разделительного барьера AlGaN на затвор-исток транзистора HEMT нельзя подать достаточно больше напряжение. Электроны могут накопить слишком много энергии, чтобы возник пробой кристаллической структуры. Разделитель делает две вещи. Во-первых, позволяет накапливаться электронам в канале в достаточной концентрации для наращивания силы тока. Во-вторых, приложенное напряжение к затвору-истоку теперь распределяется между слоем с источником электронов и разделителем. Это ограничивает возможность отдельных электронов накапливать критическую для возникновения пробоя энергию, хотя приложенное напряжение и общий заряд массы электронов растёт, повышая результирующую мощность транзисторов.

Согласно проведенным в компании Fujitsu экспериментам, мощность HEMT транзисторов из нитрида галлия может достигать значения 19,9 Вт, что является абсолютным рекордном для индустрии (в три раз больше актуальных решений). Тем самым дальность погодных радаров может быть увеличена в 2,3 раза. Коммерциализация разработки намечена на 2020 финансовый год. Пока в компании будут продолжать эксперименты с новой транзисторной структурой.