Herstellung von Hochtemperatur-Siliziumkarbid-Operationsverstärkern

NASA Glenn hat eine Methode entwickelt, um Schwankungen in der Transistor-Schwellenspannung aufgrund der Chipposition auf dem Wafer für Operationsverstärker aus Siliziumkarbid (SiC) zu korrigieren, wodurch verbesserte elektrische Schaltkreise für die Konditionierung von Sensorsignalen in rauen Umgebungen ermöglicht werden. Wichtige Vorteile auf Systemebene werden durch verbesserte Leistungsdaten von Sensorschaltkreisen ermöglicht, die beispielsweise in sehr heißen Gasturbinenströmungen oder dem primären Kühlmittelkreislauf eines Kernreaktors montiert sind.

Oft müssen winzige (Mikrovolt-)Signale von Sensoren durch elektrische Hochtemperaturkomponenten konditioniert werden, um sie zu filtern, zu verstärken und auf Pegel umzuwandeln, die für die Digitalisierung und „intelligente“ Systemsteuerung geeignet sind. Operationsverstärker sind eine kritische Komponente für die Signalverstärkung. Mit dem Schwellenspannungs-Korrekturschema ist die Signalverstärkung aller Operationsverstärker an jeder Position auf dem SiC-Wafer gleich, was die zuverlässige Signalkonditionierung weit über die aktuellen Temperaturgrenzen herkömmlicher integrierter Siliziumschaltkreise hinaus erweitert und die Herstellung nützlicher Chips ermöglicht die gesamte SiC-Waferoberfläche.

Bei robusten Operationsverstärkern auf Basis von SiC-Junction-Feldeffekttransistoren (JFETs) mindert dieses Kompensationsverfahren Probleme mit Schwankungen der Schwellenspannung, die eine Auswirkung der Chip-Position auf dem Wafer sind. Moderne Hochtemperatur-Operationsverstärker auf dem Markt greifen aufgrund von Temperaturgrenzen (nur 225 °C für siliziumbasierte Geräte).

Zuvor stellten die Forscher fest, dass mehrere Operationsverstärker auf einem einzelnen SiC-Wafer unterschiedliche Verstärkungseigenschaften aufgrund unterschiedlicher Schwellenspannungen aufwiesen, die räumlich um bis zu 18 % variierten, je nach Abstand der Schaltung vom Zentrum des SiC-Wafers. Während 18 % für einige Anwendungen akzeptabel sind, erfordern andere wichtige Systemanwendungen eine höhere Genauigkeit. Durch die Anwendung dieser Technologie auf den Entwurfsprozess von Verstärkerschaltungen liefert der Operationsverstärker unabhängig von seiner Position auf dem Wafer dieselbe Signalverstärkung. Der Kompensationsansatz ermöglicht eine praktische Signalkonditionierung, die von 25 °C bis 500 °C funktioniert.

Die NASA sucht aktiv nach Lizenznehmern zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte wenden Sie sich an den Licensing Concierge der NASA unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann. oder rufen Sie uns unter 202-358-7432 an, um Lizenzierungsgespräche zu initiieren. Folgen Sie diesem Link hier für mehr Informationen.