Нов метод за съединяване на слоеве от полупроводници с дебелина само няколко нанометра доведе не само до научно откритие, но и до нов тип транзистор за мощни електронни устройства. Резултатът, публикуван в Applied Physics Letters, предизвика огромен интерес.
Постижението е резултат от тясно сътрудничество между учени от университета Линчопинг и SweGaN, компания, отделена от изследванията в областта на материалознанието в LiU. Компанията произвежда електронни компоненти по поръчка от галиев нитрид.
Галиевият нитрид, GaN, е полупроводник, използван за ефективни светодиоди. Той обаче може да бъде полезен и в други приложения, като например транзистори, тъй като може да издържа на по-високи температури и токове от много други полупроводници. Това са важни свойства за бъдещите електронни компоненти, не на последно място за тези, използвани в електрическите превозни средства.
Парите на галиев нитрид се кондензират върху пластина от силициев карбид, образувайки тънко покритие. Методът, при който един кристален материал се отглежда върху субстрат от друг, е известен като „епитаксия“. Методът често се използва в полупроводниковата индустрия, тъй като осигурява голяма свобода при определяне както на кристалната структура, така и на химичния състав на образувания нанометров филм.
Комбинацията от галиев нитрид, GaN, и силициев карбид, SiC (и двата от които могат да издържат на силни електрически полета), гарантира, че схемите са подходящи за приложения, в които са необходими високи мощности.
Повърхностното съвпадение между двата кристални материала, галиев нитрид и силициев карбид, обаче е лошо. Атомите в крайна сметка несъответстват един на друг, което води до повреда на транзистора. Това е решено чрез изследвания, които впоследствие доведоха до търговско решение, при което между двата слоя е поставен още по-тънък слой алуминиев нитрид.
Инженерите в SweGaN случайно забелязали, че техните транзистори могат да се справят със значително по-високи напрегнатости на полето, отколкото са очаквали, и първоначално не можели да разберат защо. Отговорът може да се намери на атомно ниво - в няколко критични междинни повърхности вътре в компонентите.
Изследователи от LiU и SweGaN, водени от Ларс Хултман и Джун Лу от LiU, представят в Applied Physics Letters обяснение на феномена и описват метод за производство на транзистори с още по-голяма способност да издържат на високи напрежения.
Учените са открили неизвестен досега механизъм на епитаксиален растеж, който са нарекли „трансморфен епитаксиален растеж“. Той кара напрежението между различните слоеве постепенно да се абсорбира през няколко слоя атоми. Това означава, че те могат да отглеждат двата слоя, галиев нитрид и алуминиев нитрид, върху силициев карбид по начин, който контролира на атомно ниво как слоевете са свързани помежду си в материала. В лаборатория те са показали, че материалът издържа на високи напрежения, до 1800 V. Ако такова напрежение бъде поставено върху класически компонент на силициева основа, ще започнат да прехвърчат искри и транзисторът ще бъде унищожен.
„Поздравяваме SweGaN за началото на предлагането на изобретението на пазара. То показва ефикасно сътрудничество и използване на резултатите от научните изследвания в обществото. Благодарение на близкия контакт, който имаме с предишните ни колеги, които сега работят за компанията, нашите изследвания бързо оказват влияние и извън академичния свят“, казва Ларс Хълтман.
Материали, предоставени от Университета Линшьопинг. Оригиналът е написан от Моника Вестман Свенселиус. Забележка: Съдържанието може да бъде редактирано по отношение на стил и дължина.
Получавайте най-новите научни новини с безплатните имейл бюлетини на ScienceDaily, актуализирани ежедневно и седмично. Или преглеждайте актуализираните новинарски емисии на всеки час във вашия RSS четец:
Кажете ни какво мислите за ScienceDaily — приветстваме както положителни, така и отрицателни коментари. Имате ли проблеми с използването на сайта? Въпроси?
Време на публикуване: 11 май 2020 г.