NASA Glenn: Fortschrittliche SiC-Op-Amp-Fertigung für Hochtemperatur-Sensoranwendungen

NASA Glenn hat eine Methode entwickelt, um Schwankungen der Transistor-Schwellenspannung aufgrund der Die-Position auf dem Wafer bei Siliziumkarbid-Operationsverstärkern (SiC-Op-Amps) zu korrigieren. Dies ermöglicht verbesserte elektrische Schaltungen für die Sensorsignalaufbereitung in rauen Umgebungen. Wichtige Systemvorteile ergeben sich durch verbesserte Leistungsdaten von Sensoren, die in extrem heißen Gasturbinenströmen oder dem Primärkreislauf eines Kernreaktors montiert sind.

Oft erfordern winzige (Mikrovolt-)Signale von Sensoren eine Aufbereitung durch hochtemperaturbeständige elektrische Bauteile zum Filtern, Verstärken und Umwandeln in Pegel, die für Digitalisierung und „intelligente“ Systemsteuerung geeignet sind. Op-Amps sind kritische Komponenten für die Signalverstärkung. Mit dem Schwellenspannungskorrekturschema ist die Signalverstärkung aller Op-Amps an jeder Position auf dem SiC-Wafer identisch, was zuverlässige Signalaufbereitung weit über die aktuellen Temperaturgrenzen konventioneller Silizium-Integrierte Schaltungen hinaus ermöglicht und brauchbare Chips über die gesamte SiC-Waferoberfläche produziert.

Für robuste Operationsverstärker auf Basis von SiC-Junction-Field-Effect-Transistoren (JFETs) mildert diese Kompensationsmethode Probleme mit Schwellenspannungsvariationen, die ein Effekt der Die-Position auf dem Wafer sind. Moderne Hochtemperatur-Op-Amps am Markt fallen aufgrund von Temperaturgrenzen (nur 225 °C für siliziumbasierte Bauelemente) hinter den Anforderungen zurück.

Bisher stellten Forscher fest, dass mehrere Op-Amps auf einem einzelnen SiC-Wafer unterschiedliche Verstärkungseigenschaften aufwiesen, da die Schwellenspannungen räumlich um bis zu 18 % variierten, abhängig von der Entfernung des Schaltkreises vom Waferzentrum. Während 18 % für manche Anwendungen akzeptabel sind, verlangen andere wichtige Systemanwendungen höhere Präzision. Durch Anwendung dieser Technologie im Verstärkerdesign liefert der Op-Amp denselben Signalgewinn unabhängig von seiner Position auf dem Wafer. Der Kompensationsansatz ermöglicht praktische Signalaufbereitung von 25 °C bis 500 °C.

Die NASA sucht aktiv Lizenznehmer zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Kontaktieren Sie NASA's Licensing Concierge unter E-Mail-Adresse oder rufen Sie an unter 202-358-7432, um Lizenzgespräche zu initiieren. Weitere Informationen hier.