该团队采用标准方法，增加了底栅和基于阱的隔离结构，以改善电压控制并减少漏电。

京都大学的研究人员开发出一种碳化硅（SiC）晶体管，设计工作温度可高达1112华氏度（600°C）。

这一突破有望推动极端环境电子设备的发展，而在这些环境中，传统硅基器件难以可靠工作。该团队重点解决了阻碍碳化硅电子器件从基础研究走向实际应用的关键限制。

他们的新器件基于结型场效应晶体管设计，在宽温度范围内展现出稳定的电气特性。

SiC晶体管突破

京都大学研究人员开发的新器件旨在最终帮助将电子系统引入极端温度使普通硅基元件变得不可靠的场所。这些应用包括深空探测、地热钻探以及飞机发动机内部的控制系统。

该团队表示，他们的设计解决了限制碳化硅晶体管在极高温下应用的两个主要问题：难以控制晶体管的开关方式，以及温度升高时出现的不必要漏电。

碳化硅（SiC）长期以来一直被认为是一种有前景的材料，适用于必须在恶劣条件下工作的电子设备。它能够承受强电场和高温，因此对高功率和极端环境应用具有吸引力。研究人员已经展示了在932°F（500°C）以上温度下工作的碳化硅电路，但要将这些实验室演示转化为更可靠、更实用的电子器件仍然具有挑战性。

京都大学团队专注于一种称为结型场效应晶体管（JFET）的晶体管。早期版本采用传统设计，栅极位于电流流经的沟道上方。然而，这种布置使得精确控制晶体管的阈值电压（即开启电压）变得困难。在高温下，器件还会通过其下方材料产生不必要的漏电流。

应对极端高温

为了解决第一个问题，研究人员将栅极移到沟道下方，形成了所谓的底栅结构。这种设计有助于减少一种称为离子沟道效应的现象的影响，在这种现象中，注入的原子可能比预期更深地进入碳化硅。结果，研究人员能够更精确地控制晶体管的阈值电压。在673 K（约751.7°F，400°C）下，预期阈值电压与实测阈值电压之间的差异降低到不足0.1伏。

随后，团队通过在器件中加入双阱结构来解决漏电问题。新设计不再依赖底层材料的电阻来隔离晶体管各部分，而是使用p-n结进行隔离。这防止了温度升高时不必要的电流通过器件。

改进后的晶体管在873 K（相当于1，112°F）下仍能正常工作。在该温度下，其开关比保持在1，000以上，表明它仍能清晰地在导通和截止状态之间切换。

“这项研究表明，SiC本身已经是一种成熟的功率器件技术，并展示了新开发的底栅结构在实现可靠的极端温度SiC基集成电路方面的潜力，”该团队在一份声明中表示。

研究人员表示，这些结果有助于推动为极端环境设计的碳化硅集成电路的发展。这类电子器件最终可能减少在高温应用中对于笨重冷却和热防护的需求。

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