Японские исследователи создали транзистор, способный функционировать при экстремально высоких температурах до 1110 градусов по Фаренгейту (около 600 градусов Цельсия). Как сообщает Live Science, подобные компоненты в перспективе могут применяться в аппаратах для изучения поверхности Венеры, где плотная углекислотная атмосфера прогревается до 860 градусов по Фаренгейту (460 градусов Цельсия).
Подавляющее большинство современных электронных устройств, включая приборы для космических исследований, полагаются на транзисторы для управления электрическим током. Новая разработка представляет собой полевой транзистор с управляющим p-n-переходом (JFET), в котором проводимость канала изменяется под воздействием электрического поля. Такие транзисторы обычно применяются в специализированных областях, поскольку их сложнее миниатюризировать, чем распространённые МОП-транзисторы (MOSFET), используемые в смартфонах и компьютерах, однако они обеспечивают более низкий уровень шумов из-за отсутствия оксидного слоя.
Учёные из Киотского университета представили результаты своей работы в статье, опубликованной 17 августа в журнале APL Electronic Devices. На протяжении длительного времени карбидокремниевые (SiC) JFET-транзисторы рассматривались как перспективное решение для создания электроники, способной работать в условиях Венеры. Как отмечают авторы, прошлые посадочные аппараты, включая советскую «Венеру-13», которая удерживает рекорд продолжительности работы на планете (2 часа 7 минут), были ограничены возможностями кремниевой электроники.
Ранее созданные образцы SiC-JFET сталкивались с двумя основными проблемами: низкой управляемостью и значительными токами утечки. Первая связана с неравномерным проникновением легирующих примесей в подложку при высоких температурах, что приводило к отклонению порогового напряжения более чем на 2 вольта. Вторая проблема возникала при нагреве свыше 660 градусов по Фаренгейту (350 градусов Цельсия), когда подложка становилась менее устойчивой к прохождению тока даже в выключенном состоянии. Даже лучшие существующие образцы могли работать длительно лишь при температурах до 930 градусов по Фаренгейту (500 градусов Цельсия).
Для решения этих задач инженеры применили конструкцию с нижним затвором, расположенным под проводящим каналом, что позволило стабилизировать пороговое напряжение. Дополнительно в структуру были добавлены две полупроводниковые области, создающие барьеры, препятствующие прохождению тока в обход канала. В ходе испытаний в диапазоне от комнатной температуры до 1110 градусов по Фаренгейту устройство продемонстрировало стабильную работу, а при нагреве около 750 градусов по Фаренгейту (400 градусов Цельсия) погрешность порогового напряжения не превышала 0,1 вольта.
Помимо венерианских зондов, такие транзисторы могут найти применение в авиационных двигателях, где сейчас требуется сложная система охлаждения и экранирования электроники. Прежде чем устройство будет готово к практическому использованию, команде предстоит интегрировать его в более сложные схемы и проверить устойчивость всей конструкции к экстремальным условиям. В NASA уже демонстрировали, что интегральные схемы на основе SiC-JFET способны выдерживать температуру 860 градусов по Фаренгейту и давление 9,3 мегапаскаля в течение 60 дней.