Krafttransistorer i kisel klarar 20 GHz

Krafttransistorer av kisel som tål höga spänningar och höga frekvenser. Det är vad innovatören och riskkapitalägaren Klas-Håkan Eklund hoppas skall komma fram ur samarbetet i det konsortium som han tagit initiativet till.

En integrerad kraftkrets med kanallängd på 0,1 μm och effektförstärkning på 20 dB vid 20 GHz. Det är målet, säger Klas-Håkan Eklund.

- Med befintlig teknik klarar en 60 V NMOS kiseltransistor att leverera användbar effekt upp till omkring 1 GHz. För högre frekvenser krävs idag antingen bipolär teknik eller galliumarsenidtransistorer, förklarar han och säger:

- Vi försöker nu få fram kiselbaserade kraftkomponenter, som är mycket billigare än galliumarsenidkretsarna, och som kan konkurrera även när det gäller prestanda.

Fyra miljoner från Nutek

Projektet drivs i ett samarbete mellan industri och högskola. Nutek har hittills skjutit till nära 4 miljoner kronor. De företag som är involverade i projektet är Eklund Innovation och Mitel Electronics, före detta ABB Hafo. I övrigt står Institutionen för teknologi vid Uppsala universitet för merparten av utvecklingsarbetet. Linköpings universitet, Chalmers och KTH finns också med i konsortiet.

Det är i Mitels Järfällafabrik som de första provkretsarna tagits fram under de dryga två år som projektet pågått. De har tillverkats i Mitels 2 μm CMOS- teknologi.

Efter två testomgångar har man nu som bästa resultat för en 100 V DMOS- transistor noterat 20 dB effektförstärkning vid 2 GHz, 10 dB effektförstärkning vid 5 GHz. Enligt Klas-Håkan Eklund är resultatet det bästa som noterats i världen.

Dags för avknoppning

- Vi befinner oss nu i en fas när vi börjat fundera över att tiden är mogen för vissa industriella avknoppningar av vårt utvecklingsarbete, påpekar Klas-Håkan Eklund, som tillägger att man samtidigt driver utvecklingsprojektet vidare mot högre och högre frekvens och kanallängden 0,1 μm.

Han berättar att det det pågår en omfattande analys av resultaten i Uppsala. Man gör simuleringar, mätningar och analytiskt beräkningsarbete som skall ligga till grund för utvecklingen av nästa generation DMOS-transistorer som skall tillverkas av Mitel.

Uppsala arbetar också med en fysikalisk småsignals- och storsignalsmodell för DMOS-transistorn i samarbete med en grupp på Chalmers. I ett senare skede i projektet skall KTH utveckla själva processen för att minska parasitresistanserna i transistorn.

Mikrovågsugn

Den expanderande telekommarknaden är givetvis ett stort användningsområde för kiselkretsarna. Men för Klas-Håkan Eklund är det ännu mer intressant att fundera över vad som går att åstadkomma i olika mikrovågstillämpningar.

- Om vi kan visa att det går att bygga kraftkretsar i kisel med GHz-prestanda i den teknik som vi nu håller på att ta fram, så kan både magnetronen och kraftaggregatet i exempelvis mikrovågsugnar ersättas med en enda modul, som är mindre än bara magnetronen, förklarar Klas Eklund.

- Det innebär att man kan göra ugnarna mycket mindre, men lika effektiva.

Dessutom finns då möjligheten att variera mikrovågornas frekvens, vilket ökar möjligheterna att åstadkomma jämn uppvärmning i hela ugnen.

En annan tillämpning som ligger Klas-Håkan varmt om hjärtat är möjligheten att förminska de dagsljuslysrör, som företaget Celsiustech tagit fram, och som nu finns på plats bland annat i Postens lokaler i Sundsvall.

- Lysrören är ett lyckokast och ett fall framåt för belysningstekniken, säger Klas-Håkan Eklund och berättar att metoden att framställa lysrör, som avger ljus som liknar dagsljus, kom till av en ren händelse i samband med ett annat projekt.

- Idag är lysrören mycket stora på grund av att magnetronen tar sådan plats. Man kan bara använda dem i stora lokaler, fortsätter han.

- Med integrerade kraftkretsar i kisel så kommer det att gå att göra lysrören så små att de kan användas i nästan vilka armaturer som helst.

Ulla Skidén