麻省理工學(xué)院發(fā)現(xiàn)超級(jí)半導(dǎo)體在900華氏度下存活48小時(shí)

麻省理工學(xué)院

氮化鎵被譽(yù)為下一代半導(dǎo)體，未來(lái)有可能取代硅，但對(duì)這種材料的研究仍處于初級(jí)階段。

因此，麻省理工學(xué)院（MIT）及其他美國(guó)研究機(jī)構(gòu)的研究人員決定將其推向新的高度，并在900華氏度以上的溫度下測(cè)試它。

人類對(duì)太陽(yáng)系行星的探索一直集中在遠(yuǎn)離太陽(yáng)的行星。例如，金星的溫度極其高，可以瞬間融化鉛，我們的航天器在那兒也無(wú)法存活片刻。

即使研究人員發(fā)送一個(gè)具有耐熱外殼的航天器，基于硅的車載電子設(shè)備也會(huì)在極端溫度下失效，使整個(gè)任務(wù)毫無(wú)意義。

作為一種材料，氮化鎵已知能承受超過(guò)900華氏度（500攝氏度）的溫度，但科學(xué)家們并不清楚用這種材料開(kāi)發(fā)的電子設(shè)備在超過(guò)硅制設(shè)備的572華氏度（300攝氏度）的操作極限下會(huì)表現(xiàn)如何。

步步為營(yíng)的方法

“晶體管是現(xiàn)代電子設(shè)備的核心，但我們不想直接跳到制造氮化鎵晶體管，因?yàn)榭赡軙?huì)出很多問(wèn)題，”麻省理工學(xué)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)（EECS）研究生約翰·尼魯拉說(shuō)，他參與了這項(xiàng)工作。

“我們首先想確保材料和接觸點(diǎn)能夠存活，并了解它們?cè)跍囟壬邥r(shí)會(huì)發(fā)生怎樣的變化，”尼魯拉在新聞發(fā)布會(huì)上解釋道。歐姆接觸是半導(dǎo)體與外界連接的方式。

為了研究溫度對(duì)歐姆接觸的影響，研究人員將接觸點(diǎn)置于932華氏度（500攝氏度）的溫度下連續(xù)48小時(shí)。

他們發(fā)現(xiàn)，這些接觸點(diǎn)在高溫暴露后結(jié)構(gòu)依然完好，這對(duì)未來(lái)開(kāi)發(fā)高性能晶體管來(lái)說(shuō)是一個(gè)積極的信號(hào)。

理解阻力

盡管氮化鎵被譽(yù)為下一代半導(dǎo)體，科學(xué)家們?nèi)孕鑾资甑难芯坎拍苁蛊湎窆枰粯訌V泛應(yīng)用。例如，研究人員對(duì)其阻力知之甚少。

首先，氮化鎵的阻力與其尺寸成反比。雖然這可以解決，但半導(dǎo)體還必須與其他電子設(shè)備連接，從而帶來(lái)其阻力。被稱為接觸阻力，這在設(shè)備中保持不變，過(guò)高會(huì)使設(shè)備效率低下。

為了更好地理解氮化鎵設(shè)備中的接觸阻力，麻省理工學(xué)院的研究人員構(gòu)建了傳輸長(zhǎng)度方法結(jié)構(gòu)，其中包括一系列電阻器，可以測(cè)量接觸和材料的阻力。

在與萊斯大學(xué)的合作中，研究人員將這些結(jié)構(gòu)放置在達(dá)到932華氏度（500攝氏度）的熱平臺(tái)上，并測(cè)量其阻力。

在麻省理工學(xué)院，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了更長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)，將這些結(jié)構(gòu)置于專門的爐子中72小時(shí)，以確定阻力隨溫度和時(shí)間的變化。電子顯微鏡被用來(lái)觀察高溫對(duì)材料和歐姆接觸的影響。

研究人員發(fā)現(xiàn)，即使在高溫下，接觸阻力也保持不變。48小時(shí)后，材料開(kāi)始退化。