Ocena tranzystorów polowych działających w wysokiej temperaturze
Tranzystor polowy o strukturze metal-tlenek-półprzewodnik to urządzenie stosowane głównie do wzmacniania sygnałów elektronicznych. Jest to podstawowy element wszystkich układów scalonych i może być wykorzystywany w obwodach analogowych. Tranzystor DMOS (double-diffused metal oxide semiconductor) to tranzystor polowy o strukturze metal-tlenek-półprzewodnik, który zazwyczaj używany jest we wzmacniaczach dźwięku. Słowo „metal” w nazwie tranzystora zostało zachowane ze względów historycznych. W praktyce część metalową zastąpiono silikonem polikrystalicznym. Dane dotyczące parametrów charakteryzujących działanie, np. konkretnej oporności, napięcia progowego oraz prądu upływu takich urządzeń półprzewodnikowych, są zazwyczaj dostępne tylko dla temperatur poniżej 150oC. Obecnie w wielu dziedzinach przemysłu obwody działają w środowiskach o wysokiej temperaturze, często przewyższającej 200oC. Do przykładów należą przemysł kosmiczny, lotniczy, stoczniowy czy wydobywczy. W ramach projektu ATHIS przeprowadzono dokładne badanie zachowań dostępnych na rynku pionowych tranzystorów DMOS (VDMOS) w temperaturach powyżej 220oC. Tranzystor VDMOS to szczególny rodzaj tranzystora DMOS wyposażony w dwa pierwiastki domieszkujące (zazwyczaj fosfor i arsen) umieszczone w rejonie drenu. Tranzystory VDMOS mają przewagę w postaci niższej oporności oraz mniejszych wymiarów bocznych w porównaniu z bocznym tranzystorem DMOS. Ze względu na wysokie napięcie przebicia, tranzystory tego typu są powszechnie używane w urządzeniach kieszonkowych, np. w elektronicznym sprzęcie samochodowym. W trakcie badań uczestnicy projektu znaleźli wiele elementów MOSFET wymagających niskiego napięcia, o niskiej oporności, których temperatura pracy wynosi 175oC. W celu zmiany temperatury pracy do 200oC przeprowadzono symulacje numeryczne w odniesieniu do podstawowej komórki tranzystora polowego MOSFET, które pozwoliły na określenie koniecznych modyfikacji. Skuteczne działanie w wymaganych temperaturach było skutkiem modyfikacji obejmujących zmianę rozstawu komórek, redukcję obszaru połączenia trzonu epitaksji oraz bardziej efektywne opakowanie.
