Endlich wirtschaftlich machbar GaN-Transistoren mit Fins

Heute verfügbare GaN-Transistoren haben alle eine laterale Struktur. Doch vertikale Strukturen wie bei Silizium und SiC wären besser, bei GaN aber nicht wirtschaftlich machbar. Nun haben Forscher eine Fin-Struktur vorgestellt, sodass sich vertikale GaN-Transistoren kostengünstig herstellen lassen.

Über die Jahre haben Forscher immer wieder versucht, vertikale GaN-Transistoren zu bauen, indem sie physikalische Barrieren in das Material einbauten, um den Strom in einen Kanal unter dem Gate zu leiten. Doch einerseits bestehen diese Barrieren aus einem »launenhaften« Material, und es ist schwierig, sie in das umgebende Galliumnitrid zu integrieren, ohne die elektrischen Eigenschaften des Transistors zu stören. 

Auf der IEEE-Konferenz IEDM in San Francisco haben Forscher des MIT eine nach eigener Aussage einfache und effektive Alternative vorgestellt. Anstatt eine interne Barriere zu verwenden, um Strom in einen schmalen Bereich eines größeren Bauteils zu leiten, verwendete das Team um Professor Tomás Palacios einfach ein schmaleres Bauteil. Diese vertikalen GaN-Transistoren weisen oben liegende klingenartige Vorsprünge auf, auch bekannt als Fins. Auf beiden Seiten jeder Fin befinden sich elektrische Kontakte, die gemeinsam als Gate wirken. Der Strom fließt von der Source auf der Oberseite der Fin in den Transistor Richtung Bauteilunterseite mit dem Drain-Kontakt. Dadurch, dass die Fins so nahe beieinander sind, ist sichergestellt, dass die Gate-Elektrode den Transistor ein- und ausschalten kann.

Das vorgestellte Design eignet sich für 1200 V, was für den Einsatz in Elektrofahrzeugen ausreicht. Aber die Forscher glauben, dass sich die Sperrspannung im Bereich von 3,3 kV bis 5 kV erhöhen ließen.

Von der Bauteilstruktur ähnelt der Aufbau den selbstsperrenden SiC-JFETs des 2012 in Konkurs gegangenen Unternehmens SemiSouth. Auch sind GaN-auf-GaN-Wafer derzeit sehr teuer und nur auf mit kleinen Wafer-Durchmessern (2 Zoll oder 3 Zoll) verfügbar. Daher ist davon auszugehen, dass sich diese Transistorstruktur wahrscheinlich nicht in naher Zukunft kosteneffizient fertigen lässt.