Raytheon och universitetet i Newcastle har samarbetat för att tillverka förstärkarkretsar i kiselkarbid som beter sig som OP-förstärkare. Förstärkaren kan användas i hög temperatur och ytterst svåra miljöer, i områden som flyg, rymd, kärnkraft och geotermisk energi.

Analoga sensorkomponenter i SiC kan monterade på till exempel gasturbiner

– Hittills har användningen av kiselkarbid framför allt koncentrerats på kraftelektronik och materialets möjligheter att hantera internt genererad värme, säger Dr Alton Horsfall vid Newcastle University. Vi har i stället tittat närmare på områden där komponenter måste arbeta i mycket höga temperaturer eller andra svåra förhållanden. Det gäller till exempel sensorkomponenter monterade på gasturbiner eller i den primära kylslingan i kärnkraftsreaktorer, där temperaturen är ca 350 °C.
Grunden för förstärkarkretsen är en lateral JFET. Den erbjuder en signifikant mycket bättre tillförlitlighet i svåra miljöer på grund av att den inte har något oxidlager för grinden. Det ger stabilare tröskelspänning och lägre brus. Strukturerna är mycket lämpliga för lågbrustillämpningar vid hög temperatur.
Hittills har man tagit fram en fullt differentiell trestegsförstärkare med en emitterföljare i sista steget. Förstärkaren är optimerad för ±15V, men går att modifiera för att arbeta upp till ±45V.
Laboratorietester har visat att förstärkaren har en maximal förstärkning över 1500 vid rumstemperatur och man har mätt upp en förstärkning på 200 gånger vid 400 °C. Högtemperaturprestanda begränsas dock av de passiva komponenter som används i kretsen. Den monolitiska integrationen av förstärkaren innebär att komponenterna uppför sig som vanliga OP-förstärkare.
– Vi är inte de enda som undersöker möjligheterna med kiselkarbid i den här typen av tillämningar, men vi tror att vi har kommit längst, säger Phil Burnside, affärsutvecklingschef vid Raytheon UK’s Semiconductors affärsenhet. Kombinationen av designexpertisen vid Newcastle University och vårt kunnande inom kiselkarbid ser ut att kunna resultera i en kommersiell högtemperaturversion av den så viktiga OP-förstärkaren.

Filed under: Utländsk Teknik