Mae dull newydd o ffitio haenau o led-ddargludyddion mor denau â dim ond ychydig nanometrau wedi arwain nid yn unig at ddarganfyddiad gwyddonol ond hefyd at fath newydd o transistor ar gyfer dyfeisiau electronig pŵer uchel. Mae'r canlyniad, a gyhoeddwyd yn Applied Physics Letters, wedi ennyn diddordeb enfawr.
Mae'r cyflawniad yn ganlyniad cydweithrediad agos rhwng gwyddonwyr ym Mhrifysgol Linköping a SweGaN, cwmni sy'n deillio o ymchwil gwyddor deunyddiau yn LiU. Mae'r cwmni'n cynhyrchu cydrannau electronig wedi'u teilwra o galiwm nitrid.
Mae galliwm nitrid, GaN, yn lled-ddargludydd a ddefnyddir ar gyfer deuodau allyrru golau effeithlon. Fodd bynnag, gall fod yn ddefnyddiol hefyd mewn cymwysiadau eraill, fel transistorau, gan y gall wrthsefyll tymereddau a chryfderau cerrynt uwch na llawer o led-ddargludyddion eraill. Mae'r rhain yn briodweddau pwysig ar gyfer cydrannau electronig yn y dyfodol, yn enwedig y rhai a ddefnyddir mewn cerbydau trydan.
Caniateir i anwedd nitrid galliwm gyddwyso ar wafer o silicon carbid, gan ffurfio haen denau. Gelwir y dull lle mae un deunydd crisialog yn cael ei dyfu ar swbstrad deunydd arall yn “epitacseg.” Defnyddir y dull yn aml yn y diwydiant lled-ddargludyddion gan ei fod yn darparu rhyddid mawr wrth bennu strwythur y grisial a chyfansoddiad cemegol y ffilm nanometr a ffurfiwyd.
Mae'r cyfuniad o nitrid galiwm, GaN, a charbid silicon, SiC (y gall y ddau ohonynt wrthsefyll meysydd trydan cryf), yn sicrhau bod y cylchedau'n addas ar gyfer cymwysiadau lle mae angen pwerau uchel.
Fodd bynnag, mae'r ffit ar yr wyneb rhwng y ddau ddeunydd crisialog, galiwm nitrid a silicon carbid, yn wael. Mae'r atomau'n mynd yn anghydweddol â'i gilydd, sy'n arwain at fethiant y transistor. Mae hyn wedi cael ei fynd i'r afael ag ef gan ymchwil, a arweiniodd wedyn at ddatrysiad masnachol, lle gosodwyd haen hyd yn oed yn deneuach o alwminiwm nitrid rhwng y ddwy haen.
Sylwodd y peirianwyr yn SweGaN ar hap y gallai eu transistorau ymdopi â chryfderau maes llawer uwch nag yr oeddent wedi'i ddisgwyl, ac ni allent ddeall pam i ddechrau. Gellir dod o hyd i'r ateb ar y lefel atomig - mewn cwpl o arwynebau canolradd hanfodol y tu mewn i'r cydrannau.
Mae ymchwilwyr yn LiU a SweGaN, dan arweiniad Lars Hultman a Jun Lu o LiU, yn cyflwyno esboniad o'r ffenomen yn Applied Physics Letters, ac yn disgrifio dull i gynhyrchu transistorau sydd â gallu hyd yn oed yn fwy i wrthsefyll folteddau uchel.
Mae'r gwyddonwyr wedi darganfod mecanwaith twf epitacsial anhysbys o'r blaen y maent wedi'i enwi'n "twf epitacsial trawsmorffig." Mae'n achosi i'r straen rhwng y gwahanol haenau gael ei amsugno'n raddol ar draws cwpl o haenau o atomau. Mae hyn yn golygu y gallant dyfu'r ddwy haen, nitrid galiwm a nitrid alwminiwm, ar silicon carbid mewn modd sy'n rheoli ar lefel atomig sut mae'r haenau'n gysylltiedig â'i gilydd yn y deunydd. Yn y labordy maent wedi dangos bod y deunydd yn gwrthsefyll folteddau uchel, hyd at 1800 V. Pe bai foltedd o'r fath yn cael ei osod ar draws cydran glasurol sy'n seiliedig ar silicon, byddai gwreichion yn dechrau hedfan a byddai'r transistor yn cael ei ddinistrio.
“Rydym yn llongyfarch SweGaN wrth iddynt ddechrau marchnata’r ddyfais. Mae’n dangos cydweithio effeithlon a defnyddio canlyniadau ymchwil yn y gymdeithas. Oherwydd y cyswllt agos sydd gennym â’n cydweithwyr blaenorol sydd bellach yn gweithio i’r cwmni, mae ein hymchwil yn cael effaith gyflym hefyd y tu allan i’r byd academaidd,” meddai Lars Hultman.
Deunyddiau wedi'u darparu gan Brifysgol Linköping. Ysgrifennwyd y gwreiddiol gan Monica Westman Svenselius. Nodyn: Gall y cynnwys gael ei olygu o ran arddull a hyd.
Derbyniwch y newyddion gwyddoniaeth diweddaraf gyda chylchlythyrau e-bost am ddim ScienceDaily, sy'n cael eu diweddaru'n ddyddiol ac yn wythnosol. Neu gweler y newyddion diweddaraf bob awr yn eich darllenydd RSS:
Dywedwch wrthym beth yw eich barn am ScienceDaily — rydym yn croesawu sylwadau cadarnhaol a negyddol. Oes gennych unrhyw broblemau wrth ddefnyddio'r wefan? Cwestiynau?
Amser postio: Mai-11-2020