由于其出色的能源效率，硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 技術(shù)是當(dāng)前集成電路行業(yè)的驅(qū)動力。盡管如此，硅材料的窄帶隙特征促使了寬帶隙半導(dǎo)體材料的發(fā)展。近來，以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）、金剛石為四大代表的第三代半導(dǎo)體材料開始初露頭角。

 

由于缺乏在單個襯底上集成 n 溝道和 p 溝道場效應(yīng)晶體管（n- FET 和 p-FET）的合適策略，GaN CMOS 邏輯電路的開發(fā)十分具有難度。近日，港科大研究人員實(shí)現(xiàn)了基于GaN的互補(bǔ)邏輯集成電路。這一新突破對新型電子產(chǎn)品的開發(fā)具有重大影響。

 

研究人員在 GaN-on-Si 功率 HEMT（高電子遷移率晶體管）平臺上開展了 GaN 互補(bǔ)邏輯集成電路 (IC) 方面的工作，該平臺目前主導(dǎo)著主流商用 GaN 功率電子器件技術(shù)。這是一種特別適合多功能塊的高密度集成的平面技術(shù)。

 

此外，研究人員報(bào)告了增強(qiáng)型 n 溝道和 p 溝道 GaN 場效應(yīng)晶體管的單片集成。他們還構(gòu)建了包括NOT、NAND、NOR 和傳輸門等一系列基本邏輯門，并表明逆變器表現(xiàn)出軌到軌操作、抑制靜態(tài)功耗、高熱穩(wěn)定性和大噪聲容限。

 

研究團(tuán)隊(duì)還展示了包含級聯(lián)邏輯反相器的鎖存單元和環(huán)形振蕩器。

 

通過展示一套完整的基本邏輯門和兩個多級電路，這項(xiàng)研究明確地證明了實(shí)現(xiàn)基于 GaN 的互補(bǔ)邏輯電路的可行性。研究結(jié)果表明，所有基于 GaN 的互補(bǔ)邏輯電路在技術(shù)上都是可以實(shí)現(xiàn)的。首先，所有構(gòu)建塊都可用。其次，它們可以集成在一起以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的實(shí)體。

 

未來，他們創(chuàng)造的集成電路可以幫助開發(fā)各種技術(shù)設(shè)備，包括用于電力轉(zhuǎn)換、石油測井、噴氣發(fā)動機(jī)控制和太空探索的工具。同時(shí)，研究人員計(jì)劃研究進(jìn)一步增強(qiáng)其集成電路的方法。

 

“我們將致力于縮小器件尺寸，尤其是 p 溝道晶體管，以提高運(yùn)行速度和降低功耗，”研究人員之一的鄭博士補(bǔ)充道，“由于這些電路是在用于制造 GaN 功率 HEMT 的商用 GaN-on-Si 平臺上制造的，我們將尋求與業(yè)界合作，在外圍電路中部署 GaN 互補(bǔ)邏輯電路，并與功率 HEMT 集成以構(gòu)建更節(jié)能電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。”