Транзистор выдержал 600 °C. Электроника сможет работать прямо на поверхности Венеры
Японские инженеры создали транзистор из карбида кремния, который сохранил нормальную работу при температуре свыше 600 °C. Разработку представила команда Киотского университета. Новый полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, или JFET, рассчитан на среду, где обычная кремниевая электроника быстро выходит из строя.
Одной из целей разработки стали аппараты для Венеры. Температура у поверхности планеты достигает примерно 460 °C, а давление превышает земное примерно в 90 раз. Из-за таких условий посадочным модулям нужны массивная теплоизоляция и системы охлаждения, однако даже они дают электронике лишь ограниченное время.
Советский аппарат «Венера-13», установивший рекорд работы на поверхности планеты, передавал данные 127 минут. Электроника на основе карбида кремния потенциально позволит зондам работать дольше и сократит зависимость от сложной теплозащиты. Сам транзистор испытывали только при высокой температуре, поэтому готовым компонентом венерианского аппарата разработка пока не стала.
Карбид кремния лучше обычного кремния переносит нагрев, но прежние SiC-JFET сталкивались с двумя проблемами. При повышении температуры менялось пороговое напряжение, из-за чего транзистором становилось сложнее управлять. После 350 °C также росли токи утечки, и электричество продолжало проходить даже через выключенное устройство.
Команда разместила затвор под проводящим каналом и создала вокруг транзистора две легированные полупроводниковые области. Нижний затвор уменьшил влияние неравномерного проникновения примесей, а границы дополнительных областей перекрыли паразитный путь для тока. При 400 °C расхождение между расчётным и фактическим пороговым напряжением не превысило 0,1 В.
Во время испытаний транзистор стабильно включался и выключался в диапазоне от комнатной температуры до более чем 600 °C. Предыдущие высокотемпературные JFET обычно рассчитывали на продолжительную работу максимум при 500 °C.
Разработка может пригодиться не только на Венере. Авторы рассматривают геотермальное бурение, системы управления авиационными двигателями и другую технику, которой приходится работать рядом с источниками сильного нагрева. Сейчас такую электронику защищают теплоизоляцией, длинными кабелями и энергоёмким охлаждением.
Перед практическим применением инженерам предстоит собрать из новых транзисторов полноценные микросхемы, перенести технологию на полупроводниковые пластины и разработать корпус, устойчивый одновременно к жаре и высокому давлению. Лишь после таких испытаний компоненты можно будет готовить к полётам и промышленной эксплуатации.