港科大开发基于氮化镓的互补逻辑集成电路，极大提升第三代半导体材料应用前景

由于其出色的能源效率，硅互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术是当前集成电路行业的驱动力。尽管如此，硅材料的窄带隙特征促使了宽带隙半导体材料的发展。近来，以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、金刚石为四大代表的第三代半导体材料开始初露头角。

由于缺乏在单个衬底上集成 n 沟道和 p 沟道场效应晶体管（n- FET 和 p-FET）的合适策略，GaN CMOS 逻辑电路的开发十分具有难度。近日，港科大研究人员实现了基于GaN的互补逻辑集成电路。这一新突破对新型电子产品的开发具有重大影响。

研究人员在 GaN-on-Si 功率 HEMT（高电子迁移率晶体管）平台上开展了 GaN 互补逻辑集成电路 (IC) 方面的工作，该平台目前主导着主流商用 GaN 功率电子器件技术。这是一种特别适合多功能块的高密度集成的平面技术。

此外，研究人员报告了增强型 n 沟道和 p 沟道 GaN 场效应晶体管的单片集成。他们还构建了包括NOT、NAND、NOR 和传输门等一系列基本逻辑门，并表明逆变器表现出轨到轨操作、抑制静态功耗、高热稳定性和大噪声容限。

研究团队还展示了包含级联逻辑反相器的锁存单元和环形振荡器。

通过展示一套完整的基本逻辑门和两个多级电路，这项研究明确地证明了实现基于 GaN 的互补逻辑电路的可行性。研究结果表明，所有基于 GaN 的互补逻辑电路在技术上都是可以实现的。首先，所有构建块都可用。其次，它们可以集成在一起以实现更复杂的实体。

未来，他们创造的集成电路可以帮助开发各种技术设备，包括用于电力转换、石油测井、喷气发动机控制和太空探索的工具。同时，研究人员计划研究进一步增强其集成电路的方法。

“我们将致力于缩小器件尺寸，尤其是 p 沟道晶体管，以提高运行速度和降低功耗，”研究人员之一的郑博士补充道，“由于这些电路是在用于制造 GaN 功率 HEMT 的商用 GaN-on-Si 平台上制造的，我们将寻求与业界合作，在外围电路中部署 GaN 互补逻辑电路，并与功率 HEMT 集成以构建更节能电源转换系统。”

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料

https://techxplore.com/news/2021-09-gallium-nitride-based-complementary-logic-circuits.html