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电力和射频电子在节能和协作的未来发挥着越来越重要的作用，因为人们总是需要更快、更小、高电压和更导电的晶体管。传统上，硅由于其广泛的研究和制造历史以及天然的丰富性而一直是半导体的首选。在硅功率器件继续实现性能最大化的同时，许多应用现在正在集成更宽的带隙半导体。这些材料提供了显著更高的电压传导能力，超过了硅在导通电阻、电容和击穿电压方面的权衡极限。

基于互补金属氧化物半导体的设计选择源于其在逻辑家族应用中的众多优势。CMOS提供了由栅极氧化物促进的直接驱动、强大的扇出能力和高输入阻抗。由于互补对结构和低静态功耗，其优点扩展到近轨对轨摆动。

CMOS设计提供了与存储器器件的兼容性和高器件密度。除了数字设计之外，互补器件还增强了各种电路，例如那些采用有源负载架构或利用灵活性在低端或高端进行切换的电路。当面临限制时，电路设计者会进行调整，如在pMOS不可用但耗尽模式和增强nMOS器件都集成的情况下采用直接耦合FET逻辑所示，如在各种氮化镓工艺中所观察到的。

根据设备的配置和放置方式了解设备的范围也很重要。传统上，垂直器件抑制了高密度和功率硅市场，因为它们可以与外延层的底层和上层都接触。

另一方面，当实现功率器件和控制的紧密集成时，最大限度地减少高工作频率的连接寄生是最重要的，因此，横向器件成为首选，特别是在控制电路中。这种偏好是由于它们与标准集成电路布局的无缝兼容性而产生的。与涉及凸点、迹线、引线接合、熔断材料和其他元件的配置相比，片上互连在性能和可靠性方面被证明是优越的，否则这些元件将由独立部件组成一个完整的系统。这种片上集成不仅提高了可靠性，还提高了性能，使其能够在更高的频率下工作。因此，它有利于减小大的反应元件的尺寸。

探索用于CMOS器件的新的和改进的宽带隙和超宽带隙材料

CMOS器件制造中的材料选择会显著影响其性能和能力。硅长期以来一直是CMOS器件的基础，提供了可扩展性和可靠性，但碳化硅和氮化镓等宽带隙材料的集成促进了击穿电压和开关速度的提高。横向器件，特别是在功率和控制集成方面，具有兼容性和减少高频寄生的优点。

对创新和发现新材料和改进材料的探索延伸到金刚石等超宽带隙材料，有望成为具有卓越导热性的先进CMOS器件。了解不同材料的影响对于开发CMOS制造的动态景观至关重要，为更高效和高性能的电子设备铺平道路。最适合和最受关注的CMOS器件材料是碳化硅，因为它已经建立了一个具有极端条件研究和复杂数字电路设计的平台。

碳化硅最显著的特点之一是其广泛的工作温度范围，在200◦C至300◦C表示绝缘体上的高温硅，用于美国国家航空航天局的JFET电路，它能够处理极其恶劣的太空条件。另一方面，SiC MOS器件面临着明显更为棘手的势垒，如高界面陷阱密度和低反向沟道迁移率。为了解决这个问题，雷神公司设计的最先进的1.2μm HiTSiC工艺（如图1所示）是工业标准，该工艺采用两个独立的掺杂p阱和n阱，以便在15V下无缝工作。