颠覆传统，首批Bizen量子隧穿晶体管诞生

一家英国初创公司将使用名为 Bizen 的新型硅架构交付其首批 1200V 功率器件，该架构适用于 TO247 或 TO263 封装。

首批使用 Bizen 工艺技术的器件包括三个额定电压分别为 1200V / 75A，900V / 75A 和 650V / 32A 的器件，采用行业标准的 TO247 或 TO263 功率 MOSFET 封装。这些是在常规的较大几何尺寸的硅生产线上使用标准硅衬底制成的。测试 Bizen 技术的初始中试线是在苏格兰的 Semefab 建立的。

图源：eenews

Bizen 是由位于英国诺丁汉的初创公司 Search For The Next（SFN）开发的新型晶体管体系结构，其使用了量子隧穿而不是绝缘栅。这种结构由双极和齐纳二极管组合而成，它允许在标准 CMOS 工艺中仅在 8 层中产生逻辑，而对于传统 CMOS 晶体管设计，则需要 20 到 30 层。

Semefab 在苏格兰 Glenrothes 生产的 1μm 制程工艺的 Bizen 测试芯片将传统 CMOS 晶体管设计的交货时间从 15 周缩短到了 3 周，并且芯片面积是同一工艺下同类 CMOS 器件的三分之一。

“要从传统的基于硅的 MOSFET 获得这种性能水平，器件尺寸必须更大。使用碳化硅（SiC）之类的宽带隙材料可以在 TO247 外壳中达到 1200V / 75A，但是这种方法还有其他众所周知的问题，总部位于诺丁汉的 Search for The Next（SFN）的首席执行官兼创始人 David Summerland 说，该公司开发了 Bizen 技术。它用于子公司 Wafertrain 的零件，称为量子结晶体管（QJT）。

“例如，SiC 需要更长的处理时间，并且具有很大的制造碳足迹。而且，无论路线图如何，SiC 都无法像硅一样进行扩展，并且经济上认为 SiC 可以匹配硅的论点没有考虑到所取得的进步。相比之下，我们从物理晶圆测试中获得的数据证明，通过在硅基板上使用 Bizen，我们的 QJT 可以提供与 SiC 或 GaN 相同的性能，但制造 QJT 所需的生产设备与对于标准的硅 MOSFET，Bizen 工艺不会增加制造复杂性。”

Bizen 将量子调谐应用于传统的双极晶圆工艺。结果是具有传统双极硅技术的传统坚固耐用的器件。Bizen 还可以将 CMOS 器件（尽管不是 SiC MOSFET）的交货时间从 15 周减少到不到两周，并且将处理层数减少了一半。QJT 使用相同的八层双极工艺。

Bizen 是一种新颖的晶体管结构，本质上是一种 PNP 器件，其基极通过量子隧道结驱动，并且包括第二个隧道结内部的自偏置晶体管。目前，这种结构是基于硅的，但是能够迁移到 GaN 和其他化合物半导体。

量子隧穿技术并不是什么新鲜事物，它已被广泛应用于 NOR 闪存芯片中。但是，在过去的两年中，借助 Bizen 该技术已应用于逻辑器件，并已由 Semefab 进行生产、验证。

通过仔细建模，可以将传统的横向和纵向双极结构集成在一起，以整合成 Bizen，而不会造成额外的工艺复杂性，可见它的确具有颠覆该行业的潜质。

尽管 CMOS 容易发生闩锁和 ESD，但是否有缺陷对 CMOS 来说并不是什么大问题，而且 CMOS 的低功耗特性，已经通过了时间的考验，并且普遍可靠。

但是 CMOS 比较复杂，并且与功率集成时更是如此，复杂性意味着更长的交货时间和更高的成本，而 Bizen 恰好能够解决这些问题。

晶圆测试还显示，Bizen 工艺的有效电流增益超过 100 万，萨默兰德说。这将实现 1200V / 75A QJT 功率晶体管与低电压，低电流 CPU 输出端口（例如用于单片设计的 PWM）之间的直接连接。

“ QJT 是 Bizen 系列产品路线图上的第一款电源器件。这将很快导致 PJT（处理器结型晶体管）集成到 Bizen 器件中，该器件具有自己的处理器，该器件还可以在八天的生产周期内生产，这预示着智能功率器件的新时代。”

SFN 还发布了针对 1200V / 100A 器件的其他比较性能指标（也在 TO247 中），这也是其短期路线图。额定电流下的损耗将是 SiC 器件的四分之一（<300mV），其输入电容也将减小四到五倍（<1pF）。

7 月，Semefab 还开始在 SiC 工艺上制造 1200V 肖特基二极管，并正在计划 1700V 器件。