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能抵御金星热量的电子居品:氮化镓如何为天外探索带来变革

能抵御金星热量的电子居品:氮化镓如何为天外探索带来变革

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金星探索与氮化镓

在炽热的金星名义,温度可高达摄氏 480 度/华氏 900 度,足以融解铅。因此,金星对东谈主类和机器来说王人是一个荒僻的场所。科学家于今未能将漫游车送往金星名义的一个原因是,硅基电子设备无法在如斯极点的温度下永劫刻责任。

关于像金星探伤这么的高温应用,研究东谈主员最近转向了氮化镓,这是一种能承受 500 度或更高温度的私有材料。

这种材料已被用于一些大地电子设备,如手机充电器和手机信号塔,但科学家们对氮化镓设备在超越 300 度的温度下的理会还莫得很好的把抓,而这恰是传统硅电子设备的责任极限。

在发表于《应用物理快报》(Applied Physics Letters)的一篇新论文中,来自麻省理工学院和其他大学的科学家团队试图复兴干系这种材料在极高温下的特质和性能的纰谬问题。

他们研究了温度对氮化镓器件中欧姆触点的影响。欧姆触点是半导体器件与外界贯穿的纰谬部件。

研究东谈主员发现,极点温度并莫得对氮化镓材料或触点形成昭彰的降解。他们讶异地发现,即使在 500 摄氏度的高温下保持 48 小时,触点的结构仍然完竣无损。

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高温电子时间的将来发展标的

了解触点在极点温度下的性能,是该研究小组朝着开发可在金星名义责任的高性能晶体管这一下一个主义迈出的焦虑一步。这种晶体管也可用于地球上的电子设备,如索取地热能或监测喷气发动机里面。

"晶体管是大大宗当代电子居品的中枢,但咱们不念念平直制造氮化镓晶体管,因为可能会出现好多问题。咱们率先要确保材料和触点大概存活,并弄清醒它们在温度升高时会发生多大变化。咱们将凭证这些基本材料构件来联想咱们的晶体管,"该论文的第一作家、电气工程与野神思科学(EECS)研究生约翰-尼鲁拉(John Niroula)说。

他的合著者包括:谢青云(Qingyun Xie)博士(24岁)、袁梦阳(Mengyang Yuan)博士(22岁)、电子工程与电子科学系研究生Patrick K. Darmawi-Iskandar和Pradyot Yadav、材料科学与工程系研究生Gillian K. Micale、资深作家Tomás Palacios(Clarence J. LeBel讲明、微系统时间实践室主任、电子研究实践室成员)以及联接者、好意思国时间改换研究所的Nitul S. Rajput。LeBel 讲明、微系统时间实践室主任和电子学研究实践室成员 Tomás Palacios,以及联接者阿拉伯结合酋长国时间改换研究所的 Nitul S. Rajput、俄亥俄州立大学的 Siddharth Rajan、莱斯大学的赵玉吉和孟加拉国工程时间大学的 Nadim Chowdhury。

耐热性能

天然氮化镓最近引起了凡俗温存,但在科学家对其特质在不同条目下如何变化的默契方面,氮化镓仍比硅过期几十年。其中一个特质等于电阻,即电通顺过材料时的阻力。

设备的总电阻与其尺寸成反比。然而,像半导体这么的设备王人有与其他电子元件链接的触点。斗争电阻是由这些电气贯穿形成的,不管器件的大小如何,斗争电阻王人是固定不变的。过大的斗争电阻会导致更高的功率耗散和更慢的电子电路责任频率。

"迥殊是在尺寸变小的情况下,设备的性能通常会受到斗争电阻的截至。"Niroula 说:"东谈主们对室温下的斗争电阻有比拟长远的了解,但莫得东谈主真确研究过当温度升高到 500 度会发生什么。"

测试要津和效果

在研究中,研究东谈主员应用麻省理工学院纳米研究所的设备制造了氮化镓器件,这种器件被称为转换长度法结构,由一系列电阻器构成。通过这些安装,他们不错测量材料和触点的电阻。

他们使用两种最常见的要津为这些设备添加欧姆触点。第一种要津是在氮化镓上千里积金属,然后将其加热到 825 摄氏度,不息约 30 秒,这已经过称为退火。

第二种要津是移除大块的氮化镓,然后使用高温时间在其位置上从头滋长出高掺杂氮化镓,这已经过由俄亥俄州立大学的拉詹和他的团队指令。高度掺杂的材料含有额外的电子,有助于电流传导。

Niroula 说:"在室温下,再生要津频繁会裁汰斗争电阻,但咱们念念望望这些要津在高温下是否仍然有用。"

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高温下的安靖性和性能

他们通过两种表情对设备进行测试。他们在莱斯大学的联接者(由赵指令)进行了短期测试,将设备放在高达 500 摄氏度的热卡盘上,独立即测量电阻。

在麻省理工学院,他们将设备放入该小组之前开发的专用熔炉中,进行了更永劫刻的实践。他们将设备搁置在炉内长达 72 小时,以测量电阻随温度和时刻的变化情况。

麻省理工学院纳米研究所(Aubrey N. Penn)和时间改换研究所(Nitul S. Rajput)的显微镜大家使用伊始进的透射电子显微镜,不雅察如斯高的温度如安在原子层面上影响氮化镓和欧姆触点。

"咱们原认为触点或氮化镓材料自己会权贵退化,但咱们发现情况正好相背。用这两种要津制成的触点似乎王人非常安靖,"Niroula 说。

天然很难在如斯高的温度下测量电阻,但他们的研究效果标明,即使在 500 度的高温下,斗争电阻似乎也能保持安靖,不息约 48 小时。就像在室温下不异,再生经过带来了更好的性能。

这种材料在熔炉中搁置 48 小时后如实运行降解,但研究东谈主员已经在勤勉提升其遥远性能。其中一项战略是添加保护性绝缘体,使材料扞拒直流露在高温环境中。

微电子时间的将来出路

今后,研究东谈主员野心应用在这些实践中学到的学问开发高温氮化镓晶体管。

"在咱们小组,咱们专注于改换的器件级研究,以股东微电子学的前沿发展,同期在从材料级到电路级的各个档次上选拔系统的要津。在这里,咱们一直长远到材料层面来长远默契事物。换句话说,咱们通过联想、建模和复杂的制造,将器件层面的逾越转动为电路层靠近高温电子学的影响。在这已经过中,咱们还非常幸运地与遥远联接者开采了淡雅的伙伴关系,"Xie 说。

编译自/ScitechDaily



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