Ученые создали микросхемы, работающие при температуре свыше 350 °C

«Высокая выносливость микросхем позволяет размещать их в таких местах, где стандартные кремниевые компоненты выжить не могут, – сказал заслуженный профессор Алан Мантут (Alan Mantooth). – Спроектированные нами блочные элементы схем обработки сигналов, контроллеров и драйверов имеют превосходные характеристики. Мы очень довольны всем, чего удалось нам достичь к настоящему времени».

Ученые создали микросхемы, работающие при температуре свыше 350 °C

Актуальность этих исследований исключительно высока, поскольку третья часть всей энергии, вырабатываемой в Соединенных Штатах, перед тем как попасть к потребителю, проходит через различные силовые преобразователи или драйверы электродвигателей, условия эксплуатации в которых отличаются особенной жесткостью. Разработанные в Арканзасском университете схемы предназначена для работы именно в таких условиях. Кроме того, они повысят электрический КПД и одновременно сократят общие габариты и снизят сложность этих систем.

Исследователи работали с карбидом кремния – полупроводниковым материалом, намного более стойким, чем используемые в электронике традиционные материалы. Карбид кремния способен противостоять очень высоким температурам, и, являясь хорошим проводником тепла, может работать при высоких температурах, не нуждаясь в дополнительном оборудовании для его отвода.

Исследовательская группа, возглавляемая Мантутом и профессором вычислительной техники Цзя Ди (Jia Di), комбинируя карбид с различными технологиями проектирования, смогла значительно улучшить характеристики полупроводникового материала. В мире силовой электроники и интегральных схем их работа стала первой реализацией целого ряда фундаментальных аналоговых, цифровых и смешанных базовых блоков, таких, например как схема фазовой автоподстройки частоты, созданная на основе комплементарной карбид-кремниевой технологии. Фазовая автоподстройка частоты, или ФАПЧ – это система управления, генерирующая выходной сигнал, фаза которого связана с фазой входного сигнала. Такая функция критически важна во множестве схемных приложений, включая устройства синхронизации сигналов, синтез частот и схемы демодуляции.

Исследования проводились в рамках поддерживаемой Национальным научным фондом США программы наращивания инновационного потенциала, призванной за счет объединения интеллектуальных усилий университетов и промышленности довести новаторские идеи до уровня создания прототипов и внедрения в массовое производство. Основу инновационной экосистемы составили Арканзасский университет и две технологические компании из Файеттвилля – Ozark Integrated Circuits и Arkansas Power Electronics International. Ключевым партнером со стороны промышленности также выступает компания Raytheon.

Коммерциализацией технологии высокотемпературных схем занимается компания Ozark Integrated Circuits. Компания Arkansas Power Electronics International сосредоточила усилия на разработке рекомендаций по применению приборов в устройствах силовой электроники.