Un nou mètode per unir capes de semiconductors de tan sols uns quants nanòmetres ha donat lloc no només a un descobriment científic, sinó també a un nou tipus de transistor per a dispositius electrònics d'alta potència. El resultat, publicat a Applied Physics Letters, ha despertat un gran interès.
L'assoliment és el resultat d'una estreta col·laboració entre científics de la Universitat de Linköping i SweGaN, una empresa derivada de la recerca en ciència de materials a la LiU. L'empresa fabrica components electrònics a mida a partir de nitrur de gal·li.
El nitrur de gal·li, GaN, és un semiconductor que s'utilitza per a díodes emissors de llum eficients. Tanmateix, també pot ser útil en altres aplicacions, com ara els transistors, ja que pot suportar temperatures i intensitats de corrent més elevades que molts altres semiconductors. Aquestes són propietats importants per als futurs components electrònics, sobretot per als que s'utilitzen en vehicles elèctrics.
El vapor de nitrur de gal·li es condensa sobre una oblia de carbur de silici, formant una capa fina. El mètode en què un material cristal·lí es fa créixer sobre un substrat d'un altre es coneix com a "epitaxia". El mètode s'utilitza sovint a la indústria dels semiconductors, ja que ofereix una gran llibertat a l'hora de determinar tant l'estructura cristal·lina com la composició química de la pel·lícula nanomètrica formada.
La combinació de nitrur de gal·li, GaN, i carbur de silici, SiC (ambdós capaços de suportar camps elèctrics forts), garanteix que els circuits siguin adequats per a aplicacions en què es necessiten potències elevades.
L'ajust a la superfície entre els dos materials cristal·lins, el nitrur de gal·li i el carbur de silici, és, tanmateix, deficient. Els àtoms acaben no coincidint entre si, cosa que provoca la fallada del transistor. Això s'ha abordat mitjançant la investigació, que posteriorment ha conduït a una solució comercial, en la qual es col·locava una capa encara més fina de nitrur d'alumini entre les dues capes.
Els enginyers de SweGaN van notar per casualitat que els seus transistors podien suportar intensitats de camp significativament més altes del que esperaven, i inicialment no van entendre per què. La resposta es pot trobar a nivell atòmic: en un parell de superfícies intermèdies crítiques dins dels components.
Investigadors de LiU i SweGaN, dirigits per Lars Hultman i Jun Lu de LiU, presenten a Applied Physics Letters una explicació del fenomen i descriuen un mètode per fabricar transistors amb una capacitat encara més gran per suportar alts voltatges.
Els científics han descobert un mecanisme de creixement epitaxial desconegut prèviament que han anomenat "creixement epitaxial transmòrfic". Fa que la tensió entre les diferents capes s'absorbeixi gradualment a través d'un parell de capes d'àtoms. Això significa que poden fer créixer les dues capes, nitrur de gal·li i nitrur d'alumini, sobre carbur de silici de manera que es controli a nivell atòmic com es relacionen les capes entre si en el material. Al laboratori han demostrat que el material suporta alts voltatges, de fins a 1800 V. Si aquest voltatge es col·loqués a través d'un component clàssic basat en silici, començarien a saltar espurnes i el transistor es destruiria.
«Felicitem a SweGaN per començar a comercialitzar la invenció. Això demostra una col·laboració eficient i la utilització dels resultats de la recerca a la societat. Gràcies a l'estret contacte que tenim amb els nostres antics col·legues que ara treballen per a l'empresa, la nostra recerca té un impacte ràpid també fora del món acadèmic», afirma Lars Hultman.
Materials proporcionats per la Universitat de Linköping. Escrit originalment per Monica Westman Svenselius. Nota: El contingut pot ser editat per estil i longitud.
Rep les darreres notícies científiques amb els butlletins electrònics gratuïts de ScienceDaily, actualitzats diàriament i setmanalment. O consulta les notícies actualitzades cada hora al teu lector RSS:
Digueu-nos què penseu de ScienceDaily: agraïm tant comentaris positius com negatius. Teniu algun problema per utilitzar el lloc web? Preguntes?
Data de publicació: 11 de maig de 2020