Power/Performance Bits: 2. nov

GaN CMOS IC'er
Forskere fra Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) arbejder på at øge funktionaliteten til bred båndgab galliumnitrid (GaN) elektronik.

GaN bruges ofte i kraftelektronik, såsom strømomformere og forsyninger. GaN CMOS-teknologi er dog blevet hæmmet af vanskelighederne med at implementere p-kanal transistorer og integrere dem med n-kanal.

Holdet brugte en GaN power device teknologiplatform i et forsøg på at tackle et problem forbundet med gate-dielektrisk/kanalgrænsefladen. De konstruerede en "begravet kanal"-struktur muliggjort af en oxygenplasmabehandlingsteknik (OPT), hvilket resulterede i p-kanal GaN-transistorer med en velafbalanceret ydeevnematrix af tærskelspænding til forbedringstilstandsdrift, højt ON/OFF-strømforhold, og højstrømsdriftsevne. En monolitisk integrationsproces blev også udviklet til at integrere GaN CMOS IC'er med GaN power switching-enheder.

Med enheden var forskerne i stand til at demonstrere et komplet sæt af GaN CMOS-baserede elementære logiske porte inklusive NOT, NAND, NOR porte og transmissionsporten. Holdet demonstrerede også flertrins logiske kredsløb, der kan betjenes ved megahertz-frekvenser.

"Dette er et spændende spring fremad. Vi har først bevist, at alle byggeklodser er funktionelle, så kunne disse byggeklodser sættes sammen til mere komplicerede enheder. Derfor kan alle GaN-baserede komplementære logiske kredsløb konstrueres ved at lave kombinationer af disse logiske porte,” sagde Kevin Chen, professor ved Institut for Elektronik- og Computerteknik ved HKUST.

Holdet sagde, at udviklingen åbner døre for mulige GaN-enheder såsom energieffektive strøm-IC'er med avancerede kontrol-, sensing-, beskyttelses- og drivfunktioner ud over de grundlæggende strømskiftefunktioner samt computer-/kontrolelektronik til barske miljøer .

At sætte antenner på organer
Forskere ved Singapore University of Technology and Design (SUTD) udvikler sig antenner, der kan bruges på biologiske væv, såsom organer, til trådløst at forsyne implanterbart medicinsk udstyr.

Antennerne er lavet ved hjælp af Galinstan, et galliumbaseret lavtoksisk flydende metal, for at skabe strækbare og ledende spor til spolen. I test opretholdt de høj trådløs strømeffektivitet, selv når de blev udsat for ekstreme deformationer som strækning, bøjning og vridning.

"Vores flydende metalantenne tilbyder en ny kapacitet til design og fremstilling af trådløse bioenheder, som kræver konform væv-enhed integration. Vi mener, at denne teknologi baner vejen mod minimalt invasive, umærkelige medicinske behandlinger,” sagde Dr. Kento Yamagishi fra SUTD.

For at konstruere antennen blev en hurtighærdende silikoneforseglingsmasse pneumatisk ekstruderet på et 7 µm tykt elastomert substrat (et Ecoflex mikroark) for at mønstre omridset af mikrokanalen. Direkte blækskrivning 3D-printning gjorde det muligt for teamet at kontrollere antennens bredde, plads og højde. Efter indlejring af LED'er og jumperledninger blev omridset forseglet med et fritstående Ecoflex-mikroark for at danne mikrofluidiske kanaler.

Et offerlag af polyvinylalkohol (PVA), en vandopløselig polymer, blev brugt til at give mekanisk støtte og gjorde det muligt for det flydende metal at flyde i tyndfilmsmikrokanalen for at danne den strækbare spiral. Den fluidiske antenne fungerer ved en frekvens tæt på 13.56 MHz, standard nærfeltskommunikation (NFC) frekvens. Derudover viste den flydende metalantenne en højkvalitets (Q)-faktor (>20), hvilket demonstrerer effektiviteten af ​​trådløs strømforsyning.

For at få antennen til at klæbe til fugtigt, blødt væv, blev der brugt et muslinge-inspireret bioadhæsiv kaldet polydopamin. Forskerne fandt ud af, at Galinstan-antennen kunne opleve op til 200 % trækspænding, matche en krumningsradius på 3 mm og modstå en 180 graders snoningsvinkel, samtidig med at den opretholder en høj Q-faktor. Gentagne trækbelastningstests viste ingen nedbrydning af Q-faktoren eller meningsfuldt skift i driftsfrekvensen.

"Mens vi demonstrerede den direkte fremstilling af mikrokanaler på ultratynde film i dette arbejde, muliggør direkte 3D-print af mikrokanaler skabelsen af ​​mikrokanaler og andre flydende komponenter på forskellige typer overflader, herunder biologiske overflader. Vi tror på, at sådanne evner vil bringe nye muligheder for biologisk sansning, kommunikation og terapi,” sagde Michinao Hashimoto, en lektor ved SUTD.

CMOS-kompatibel infrarød sensor
Forskere ved Forschungszentrum Jülich, Polytechnic University of Milano, Roma Tre University og Leibniz Institute for High Performance Microelectronics udviklede en omkostningseffektiv infrarød detektor der kan integreres i kamerachips og smartphones.

Infrarøde detektorer kan være nyttige i applikationer som bilkameraer, da disse bølgelængder af lys ikke forvrænges af regn, tåge eller dis.

"Der er allerede andre kameraer, der bruges til disse formål. Men deres meget høje omkostninger forbyder deres brug i dagligdagen” sagde Dr. Dan Buca fra Forschungszentrum Jülich. "Vores detektor bygger bro over et hul, da den dækker en række af spektret, som der hidtil ikke har været nogen omkostningseffektive sensorer til. Den smarte kombination af elementer og legeringer, der er godt kompatible med silicium, gør os nu i stand til at bruge en ligetil fremstillingsproces med standard industriværktøjer. Derfor er vi nu i stand til at konstruere meget billige kamerachips, der kan integreres i enhver smartphone ligesom i synlige kameraer, der i øjeblikket er i brug."

Enheden er baseret på et tyndt lag silicium med lag af germanium og germanium-tin aflejret ovenpå.

"Germanium-tin-halvlederne blev udviklet hos Jülich," sagde prof. Giovanni Isella fra det polytekniske universitet i Milano. "Det tog næsten 10 år at optimere alle materialeparametre og enhedsdesign til dette. Men nu kan disse halvlederlag bygges på enhver chipfabrik ved hjælp af den etablerede teknologi."

Detektoren dækker to områder af infrarød stråling, kortbølget infrarød (SWIR) og nær infrarød (NIR). For at skifte mellem dem vendes forspændingen på detektoren. "Ved at gøre det udvider vi sensorens anvendelsesområde," sagde Isella.

Ud over at se gennem tåge, omfatter andre applikationer at kigge under malingslag i malerier, tjekke sikkerhedsfunktioner i pengesedler eller skelne mellem stoffer baseret på deres forskellige absorptionsegenskaber i NIR- og SWIR-området.

Kilde: https://semiengineering.com/power-performance-bits-nov-2/