En ny metode til at sammensætte lag af halvledere så tynde som et par nanometer har ikke blot resulteret i en videnskabelig opdagelse, men også i en ny type transistor til højtydende elektroniske enheder. Resultatet, der er offentliggjort i Applied Physics Letters, har vakt enorm interesse.
Præstationen er resultatet af et tæt samarbejde mellem forskere ved Linköpings Universitet og SweGaN, en spin-off-virksomhed fra materialevidenskabelig forskning ved LiU. Virksomheden fremstiller skræddersyede elektroniske komponenter af galliumnitrid.
Galliumnitrid, GaN, er en halvleder, der bruges til effektive lysdioder. Den kan dog også være nyttig i andre anvendelser, såsom transistorer, da den kan modstå højere temperaturer og strømstyrker end mange andre halvledere. Disse er vigtige egenskaber for fremtidige elektroniske komponenter, ikke mindst dem, der anvendes i elbiler.
Galliumnitriddamp får lov til at kondensere på en wafer af siliciumcarbid og danne en tynd belægning. Metoden, hvor et krystallinsk materiale dyrkes på et substrat af et andet, kaldes "epitaksi". Metoden anvendes ofte i halvlederindustrien, da den giver stor frihed til at bestemme både krystalstrukturen og den kemiske sammensætning af den dannede nanometerfilm.
Kombinationen af galliumnitrid, GaN, og siliciumcarbid, SiC (som begge kan modstå stærke elektriske felter), sikrer, at kredsløbene er egnede til applikationer, hvor der er behov for høj effekt.
Overfladepasningen mellem de to krystallinske materialer, galliumnitrid og siliciumcarbid, er imidlertid dårlig. Atomerne ender med at være uensartede, hvilket fører til transistorens svigt. Dette er blevet løst gennem forskning, som efterfølgende har ført til en kommerciel løsning, hvor et endnu tyndere lag aluminiumnitrid blev placeret mellem de to lag.
Ingeniørerne hos SweGaN bemærkede tilfældigvis, at deres transistorer kunne klare betydeligt højere feltstyrker, end de havde forventet, og de kunne i første omgang ikke forstå hvorfor. Svaret kan findes på atomniveau – i et par kritiske mellemliggende overflader inde i komponenterne.
Forskere ved LiU og SweGaN, ledet af LiUs Lars Hultman og Jun Lu, præsenterer i Applied Physics Letters en forklaring på fænomenet og beskriver en metode til at fremstille transistorer med en endnu større evne til at modstå høje spændinger.
Forskerne har opdaget en hidtil ukendt epitaksial vækstmekanisme, som de har kaldt "transmorf epitaksial vækst". Den forårsager, at spændingen mellem de forskellige lag gradvist absorberes på tværs af et par lag af atomer. Det betyder, at de kan dyrke de to lag, galliumnitrid og aluminiumnitrid, på siliciumcarbid på en måde, der på atomniveau kontrollerer, hvordan lagene er relateret til hinanden i materialet. I laboratoriet har de vist, at materialet modstår høje spændinger, op til 1800 V. Hvis en sådan spænding blev placeret på tværs af en klassisk siliciumbaseret komponent, ville gnister begynde at flyve, og transistoren ville blive ødelagt.
"Vi lykønsker SweGaN med, at de er begyndt at markedsføre opfindelsen. Det viser et effektivt samarbejde og en udnyttelse af forskningsresultater i samfundet. På grund af den tætte kontakt, vi har med vores tidligere kolleger, der nu arbejder for virksomheden, får vores forskning hurtigt en indflydelse også uden for den akademiske verden," siger Lars Hultman.
Materialer leveret af Linköpings Universitet. Originalteksten er skrevet af Monica Westman Svenselius. Bemærk: Indholdet kan redigeres med hensyn til stil og længde.
Få de seneste videnskabsnyheder med ScienceDailys gratis e-mailnyhedsbreve, der opdateres dagligt og ugentligt. Eller se timeopdaterede nyhedsfeeds i din RSS-læser:
Fortæl os, hvad du synes om ScienceDaily — vi modtager gerne både positive og negative kommentarer. Har du problemer med at bruge siden? Spørgsmål?
Opslagstidspunkt: 11. maj 2020