Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
I transistor in carburo di silicio (SiC) compiono un passo importante verso l’utilizzo in circuiti elettronici destinati agli ambienti più estremi. Un gruppo di ricercatori impegnato nello sviluppo di transistor a effetto di giunzione, o JFET, ha realizzato una nuova struttura capace di operare a temperature fino a 600°C. Il risultato, annunciato dalla Kyoto University, arriva insieme a un altro traguardo decisivo: la produzione del dispositivo è stata portata dalla scala di laboratorio a quella wafer-scale, utilizzando un wafer da 6 pollici.
Dalla ricerca alla produzione su wafer da 6 pollici
Uno degli obiettivi del team dopo il precedente studio era riuscire a trasferire la tecnologia alla produzione su scala di wafer. Un passaggio fondamentale, perché la realizzazione di circuiti integrati richiede un numero elevato di transistor di dimensioni molto ridotte.
Rispetto alla precedente sperimentazione, la produzione su wafer implica infatti la realizzazione di componenti più piccoli ed efficienti. Tuttavia, questo tipo di lavorazione è difficilmente realizzabile all’interno di un laboratorio universitario, soprattutto per i limiti legati alle apparecchiature disponibili.
Per questo motivo, i ricercatori hanno collaborato con Phenitec Semiconductor Corp., società che dispone di uno stabilimento dedicato alla produzione su larga scala. Il processo di fabbricazione dei JFET sviluppato in precedenza a livello di chip è stato quindi trasferito alla scala del wafer, tenendo conto delle esigenze di un impianto industriale.
Transistor JFET in carburo di silicio: peculiarità e vantaggi
Il risultato della collaborazione è un transistor in carburo di silicio realizzato su un wafer da 6 pollici, che ha mostrato un’elevata uniformità. In particolare, nella regione centrale del wafer, la deviazione standard della tensione di soglia è risultata inferiore a 0,07 volt.
Si tratta di un parametro particolarmente rilevante per la fabbricazione di circuiti integrati, perché dimostra la capacità di ottenere dispositivi con caratteristiche relativamente uniformi all’interno dello stesso wafer.
Il risultato ha inoltre sorpreso gli stessi ricercatori. «Sebbene ci aspettassimo che la fabbricazione del dispositivo su scala di wafer avesse successo, siamo rimasti sorpresi dall’elevata uniformità nella regione centrale del wafer, anche al primo tentativo», ha spiegato Mitsuaki Kaneko, primo autore dello studio.
Superare i limiti dell’elettronica tradizionale
Per anni il carburo di silicio è stato considerato un materiale promettente per l’elettronica destinata ad ambienti estremi, ma il passaggio dalla ricerca alla realizzazione pratica è rimasto un ostacolo significativo.
La nuova sperimentazione affronta proprio questo problema. Il trasferimento del processo alla produzione su wafer dimostra infatti che la struttura JFET sviluppata dal gruppo può essere fabbricata anche tenendo conto dei requisiti di un impianto destinato alla produzione di massa.
Non si tratta quindi soltanto di ottenere un transistor capace di funzionare a temperature estremamente elevate, ma di avvicinare la tecnologia alla realizzazione di circuiti integrati composti da numerosi dispositivi di piccole dimensioni.
Applicazioni possibili dei transistor in carburo di silicio
Il risultato potrebbe ampliare le possibilità di utilizzo dell’elettronica in ambienti nei quali le temperature rappresentano uno dei principali ostacoli. Tra gli esempi indicati dai ricercatori figurano i sensori per motori a reazione, lo sfruttamento delle risorse geotermiche e persino l’esplorazione di Venere.
Sono scenari nei quali la capacità di realizzare circuiti destinati a condizioni estreme potrebbe risultare particolarmente importante. La ricerca, dunque, non si limita alla dimostrazione delle prestazioni del singolo dispositivo, ma punta a costruire le basi tecnologiche necessarie per applicazioni che finora sono rimaste difficili da raggiungere.
Nuove prospettive per la diffusione dei transistor in carburo di silicio
Il passaggio alla produzione su wafer rappresenta un elemento centrale del nuovo studio, ma il percorso verso un utilizzo effettivo della tecnologia non è ancora concluso. Lo stesso Kaneko sottolinea che tra la creazione di un dispositivo in laboratorio e il suo effettivo utilizzo nella società esiste un divario molto più ampio di quanto si possa immaginare.
Il gruppo intende proseguire il lavoro anche attraverso la collaborazione tra industria e università. Tra gli obiettivi c’è inoltre la creazione di una startup, mentre restano ancora diverse sfide da affrontare prima di arrivare a una diffusione concreta della tecnologia.
Fonte: TechXplore
