Uus meetod mõne nanomeetri paksuste pooljuhtide kihtide kokkupanekuks on toonud kaasa mitte ainult teadusliku avastuse, vaid ka uut tüüpi transistori suure võimsusega elektroonikaseadmete jaoks. Applied Physics Lettersis avaldatud tulemus on äratanud tohutut huvi.
See saavutus on Linköpingi ülikooli teadlaste ja SweGaN-i, LiU materjaliteaduse uuringutest tekkinud ettevõtte, tiheda koostöö tulemus. Ettevõte toodab galliumnitriidist kohandatud elektroonikakomponente.
Galliumnitriid ehk GaN on pooljuht, mida kasutatakse efektiivsete valgusdioodide jaoks. See võib aga olla kasulik ka muudes rakendustes, näiteks transistorides, kuna see talub kõrgemaid temperatuure ja voolutugevusi kui paljud teised pooljuhid. Need on olulised omadused tulevaste elektroonikakomponentide jaoks, eelkõige elektriautodes kasutatavate komponentide jaoks.
Galliumnitriidi aurul lastakse kondenseeruda ränikarbiidi vahvlile, moodustades õhukese katte. Meetodit, mille puhul üks kristalliline materjal kasvatatakse teise aluspinnale, nimetatakse epitaksiaks. Meetodit kasutatakse sageli pooljuhtide tööstuses, kuna see annab suure vabaduse nii moodustunud nanomeetrilise kile kristallstruktuuri kui ka keemilise koostise määramisel.
Galliumnitriidi (GaN) ja ränikarbiidi (SiC) kombinatsioon (mõlemad taluvad tugevaid elektrivälju) tagab, et vooluringid sobivad rakendusteks, kus on vaja suurt võimsust.
Kahe kristallilise materjali, galliumnitriidi ja ränikarbiidi, sobivus pinnal on aga halb. Aatomid satuvad üksteisega sobimatusse asendisse, mis viib transistori rikkeni. Selle probleemi on lahendatud uuringutega, mis viisid hiljem kaubandusliku lahenduseni, kus kahe kihi vahele paigutati veelgi õhem alumiiniumnitriidi kiht.
SweGaN-i insenerid märkasid juhuslikult, et nende transistorid suudavad toime tulla oodatust oluliselt suuremate väljatugevustega ning nad ei suutnud esialgu aru saada, miks. Vastust võib leida aatomi tasandil – paaril kriitilisel vahepinnal komponentide sees.
LiU ja SweGaNi teadlased eesotsas LiU Lars Hultmani ja Jun Luga esitavad ajakirjas Applied Physics Letters nähtuse selgituse ja kirjeldavad meetodit transistoride valmistamiseks, millel on veelgi suurem võime taluda kõrgepinget.
Teadlased on avastanud seni tundmatu epitaksiaalse kasvumehhanismi, millele nad on andnud nimeks „transmorfne epitaksiaalne kasv“. See põhjustab pinge järkjärgulist neeldumist erinevate kihtide vahel paari aatomikihi vahel. See tähendab, et nad saavad kasvatada kahte kihti, galliumnitriidi ja alumiiniumnitriidi, ränikarbiidile viisil, mis võimaldab aatomi tasandil kontrollida kihtide omavahelist seost materjalis. Laboris on nad näidanud, et materjal talub kõrgeid pingeid, kuni 1800 V. Kui selline pinge rakendataks klassikalisele ränipõhisele komponendile, hakkaksid sädemed lendama ja transistor häviks.
„Õnnitleme SweGaN-i leiutise turustamise alustamise puhul. See näitab tõhusat koostööd ja uurimistulemuste rakendamist ühiskonnas. Tänu tihedale kontaktile endiste kolleegidega, kes nüüd ettevõttes töötavad, on meie uurimistööl kiiresti mõju ka väljaspool akadeemilist maailma,“ ütleb Lars Hultman.
Materjalid esitas Linköpingi Ülikool. Originaalteksti autor on Monica Westman Svenselius. Märkus: Sisu võidakse stiili ja pikkuse osas muuta.
Hankige uusimaid teadusuudiseid ScienceDaily tasuta e-posti uudiskirjadega, mida värskendatakse iga päev ja iganädalaselt. Või vaadake oma RSS-lugeris iga tunni tagant värskendatavaid uudistevooge:
Andke meile teada, mida arvate ScienceDailyst – me tervitame nii positiivseid kui ka negatiivseid kommentaare. Kas teil on saidi kasutamisel probleeme? Küsimusi?
Postituse aeg: 11. mai 2020