Új alapanyag fejlettebb áramkörökhöz

Szilícium helyett szilícium-karbid: az új mikroelektronikai alapanyagból készülő áramkörök extrém körülmények között is működnek.

Japán kutatók kidolgozták a csaknem hibátlan szilícium-karbid kristályok gyártásának technológiáját. A sikeres laboratóriumi próbák után már az ipari gyártás fejlesztésén munkálkodnak.

A szakemberek körében régóta ismert, hogy szilícium helyett jobb lenne szilícium-karbid alapanyagra építeni a mikroelektronikai áramköröket, ugyanis lényegesen kisebb energiafogyasztással oldhatnák meg ugyanazokat a feladatokat. A másik jelentős előny: a szilícium-karbid áramkörök jóval magasabb hőmérsékleten is működőképesek, mint a szilícium alapúak. Az alkalmazásokat eddig az hátráltatta, hogy nem sikerült megfelelő méretű, hibahelyektől mentes szilícium-karbid kristályokat növeszteni. A centiméter méretű kristályokban alagútszerű hibahelyláncok léptek fel. Ezek a kis alagutak rövidzárlatot hoztak létre a kristályon belül, ilyen alapanyagra viszont nem lehet áramkört építeni.

Kazumasa Takatori (Toyota laboratóriumok) és munkatársai a közelmúltban a Nature hasábjain ismertették az új kristálynövesztési megoldást. A kristályt több lépésben növesztik. Az újabb lépéseket mindig a kristály éppen legtisztábbnak talált oldalán folytatják, erre csapódik le a forró szilícium-karbid gőz. Olyan hét centiméter átmérőjű kristályokat sikerült növeszteniük, amelyekben legalább százszor kevesebb a hibahely, mint a korábban hagyományos megoldással növesztett kristályokban. Az új kristályok gyakorlatilag hibahelymentesek.

A szilícium-karbid alapanyagú áramkörök magasabb feszültségen és jóval magasabb impulzusgyakorisággal működhetnek. A szilícium-karbid kitűnő alapanyagnak ígérkezik nagyteljesítményű áramkörök építéséhez. Kevésbé károsítják a radioaktív sugárzások, ezért űreszközök külső felületén vagy atomreaktorok belsejében is alkalmazható lesz. A szilícium alapú eszközöknél jóval magasabb hőmérsékleten is működőképes marad, ezért feleslegessé válik a forró környezetben eddig kényszerűen alkalmazott drága árnyékolás, hővédelem. Szakértők szerint akár egy repülőgépmotor belsejébe is beépíthetők a szilícium-karbid áramkörök: így közvetlenül ellenőrizhető válik az üzemanyag áramlása, ettől pedig jelentős üzemanyag-megtakarítást várnak.

A kutatók most a költséghatékony ipari kristálynövesztés gyártástechnológiáján dolgoznak.

Jéki László