Nova metoda spajanja slojeva poluprovodnika tankih i do nekoliko nanometara rezultirala je ne samo naučnim otkrićem, već i novim tipom tranzistora za elektronske uređaje velike snage. Rezultat, objavljen u časopisu Applied Physics Letters, izazvao je ogromno interesovanje.
Ovo dostignuće je rezultat bliske saradnje između naučnika sa Univerziteta Linköping i SweGaN-a, kompanije koja je nastala iz istraživanja nauke o materijalima na LiU-u. Kompanija proizvodi prilagođene elektronske komponente od galij nitrida.
Galijum nitrid, GaN, je poluprovodnik koji se koristi za efikasne svjetleće diode. Međutim, može biti koristan i u drugim primjenama, kao što su tranzistori, jer može izdržati više temperature i jačine struje od mnogih drugih poluprovodnika. To su važna svojstva za buduće elektronske komponente, a ne samo za one koje se koriste u električnim vozilima.
Para galij-nitrida se kondenzuje na pločici silicijum-karbida, formirajući tanki premaz. Metoda u kojoj se jedan kristalni materijal uzgaja na podlozi drugog poznata je kao "epitaksija". Metoda se često koristi u industriji poluprovodnika jer pruža veliku slobodu u određivanju i kristalne strukture i hemijskog sastava formiranog nanometarskog filma.
Kombinacija galij-nitrida, GaN, i silicijum-karbida, SiC (oba mogu izdržati jaka električna polja) osigurava da su kola pogodna za primjene u kojima su potrebne velike snage.
Međutim, površinsko prileganje između dva kristalna materijala, galij-nitrida i silicijum-karbida, je loše. Atomi na kraju postanu neusklađeni jedan s drugim, što dovodi do kvara tranzistora. Ovo je riješeno istraživanjem, koje je potom dovelo do komercijalnog rješenja, u kojem je između dva sloja postavljen još tanji sloj aluminijum-nitrida.
Inženjeri u SweGaN-u su slučajno primijetili da njihovi tranzistori mogu podnijeti znatno veće jačine polja nego što su očekivali, i u početku nisu mogli razumjeti zašto. Odgovor se može pronaći na atomskom nivou - u nekoliko kritičnih međupovršina unutar komponenti.
Istraživači na LiU i SweGaN, predvođeni Larsom Hultmanom i Jun Luom sa LiU-a, u časopisu Applied Physics Letters predstavljaju objašnjenje fenomena i opisuju metodu za proizvodnju tranzistora sa još većom sposobnošću da izdrže visoke napone.
Naučnici su otkrili ranije nepoznati mehanizam epitaksijalnog rasta koji su nazvali "transmorfni epitaksijalni rast". On uzrokuje da se napon između različitih slojeva postepeno apsorbuje preko nekoliko slojeva atoma. To znači da mogu uzgajati dva sloja, galijev nitrid i aluminijev nitrid, na silicijum karbidu na način da na atomskom nivou kontrolišu kako su slojevi međusobno povezani u materijalu. U laboratoriji su pokazali da materijal podnosi visoke napone, do 1800 V. Ako bi se takav napon postavio na klasičnu komponentu na bazi silicija, počele bi letjeti varnice i tranzistor bi bio uništen.
„Čestitamo SweGaN-u na početku plasiranja izuma na tržište. To pokazuje efikasnu saradnju i korištenje rezultata istraživanja u društvu. Zahvaljujući bliskom kontaktu koji imamo s našim bivšim kolegama koji sada rade za kompaniju, naša istraživanja brzo imaju utjecaj i izvan akademskog svijeta“, kaže Lars Hultman.
Materijale je obezbijedio Univerzitet Linköping. Originalno je napisala Monica Westman Svenselius. Napomena: Sadržaj se može uređivati u pogledu stila i dužine.
Primajte najnovije vijesti iz nauke putem besplatnih e-mail biltena ScienceDaily, koji se ažuriraju dnevno i sedmično. Ili pogledajte ažurirane vijesti svakog sata u svom RSS čitaču:
Recite nam šta mislite o ScienceDaily-u — pozdravljamo i pozitivne i negativne komentare. Imate li problema s korištenjem stranice? Pitanja?
Vrijeme objave: 11. maj 2020.