یک روش جدید برای کنار هم قرار دادن لایههای نیمهرسانا به نازکی چند نانومتر، نه تنها منجر به یک کشف علمی، بلکه منجر به نوع جدیدی از ترانزیستور برای دستگاههای الکترونیکی پرقدرت نیز شده است. نتیجه، که در مجله Applied Physics Letters منتشر شده است، توجه زیادی را به خود جلب کرده است.
این دستاورد نتیجه همکاری نزدیک دانشمندان دانشگاه لینشوپینگ و SweGaN، یک شرکت منشعب از تحقیقات علوم مواد در LiU است. این شرکت قطعات الکترونیکی سفارشی از نیترید گالیوم تولید میکند.
نیترید گالیوم، GaN، یک نیمهرسانا است که برای دیودهای ساطعکننده نور کارآمد استفاده میشود. با این حال، ممکن است در کاربردهای دیگر، مانند ترانزیستورها نیز مفید باشد، زیرا میتواند دماها و شدت جریانهای بالاتری را نسبت به بسیاری از نیمهرساناهای دیگر تحمل کند. اینها خواص مهمی برای قطعات الکترونیکی آینده هستند، به ویژه برای قطعاتی که در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده میشوند.
بخار نیترید گالیوم روی ویفر کاربید سیلیکون متراکم میشود و یک پوشش نازک تشکیل میدهد. روشی که در آن یک ماده کریستالی روی زیرلایه ماده کریستالی دیگر رشد داده میشود، به عنوان "اپیتاکسی" شناخته میشود. این روش اغلب در صنعت نیمههادیها استفاده میشود زیرا آزادی زیادی در تعیین ساختار کریستالی و ترکیب شیمیایی لایه نانومتری تشکیل شده فراهم میکند.
ترکیب نیترید گالیوم، GaN، و کاربید سیلیکون، SiC (که هر دو میتوانند میدانهای الکتریکی قوی را تحمل کنند)، تضمین میکند که مدارها برای کاربردهایی که در آنها به توانهای بالا نیاز است، مناسب باشند.
با این حال، تطابق سطح بین دو ماده کریستالی، نیترید گالیوم و کاربید سیلیکون، ضعیف است. اتمها در نهایت با یکدیگر تطابق ندارند که منجر به خرابی ترانزیستور میشود. این مشکل با تحقیقاتی برطرف شده است که متعاقباً منجر به یک راهحل تجاری شد که در آن یک لایه نازکتر از نیترید آلومینیوم بین دو لایه قرار داده شد.
مهندسان SweGaN به طور اتفاقی متوجه شدند که ترانزیستورهایشان میتوانند با شدت میدانهای بسیار بالاتری از آنچه انتظار داشتند، کنار بیایند و در ابتدا نمیتوانستند دلیل آن را بفهمند. پاسخ را میتوان در سطح اتمی - در چند سطح میانی حیاتی درون اجزا - یافت.
محققان LiU و SweGaN، به رهبری لارس هولتمن و جون لو از LiU، توضیحی در مورد این پدیده ارائه میدهند و روشی را برای ساخت ترانزیستورهایی با توانایی بیشتر در تحمل ولتاژهای بالا شرح میدهند.
دانشمندان یک مکانیسم رشد اپیتاکسیال ناشناخته را کشف کردهاند که آن را «رشد اپیتاکسیال ترانسمورفیک» نامیدهاند. این مکانیسم باعث میشود که کرنش بین لایههای مختلف به تدریج در چند لایه از اتمها جذب شود. این بدان معناست که آنها میتوانند دو لایه، نیترید گالیوم و نیترید آلومینیوم، را روی کاربید سیلیکون به گونهای رشد دهند که در سطح اتمی نحوه ارتباط لایهها با یکدیگر در ماده را کنترل کنند. آنها در آزمایشگاه نشان دادهاند که این ماده در برابر ولتاژهای بالا، تا 1800 ولت، مقاومت میکند. اگر چنین ولتاژی در یک قطعه مبتنی بر سیلیکون کلاسیک اعمال شود، جرقهها شروع به پرواز میکنند و ترانزیستور از بین میرود.
لارس هولتمن میگوید: «ما به SweGaN به خاطر شروع عرضه این اختراع به بازار تبریک میگوییم. این نشان دهنده همکاری کارآمد و استفاده از نتایج تحقیقات در جامعه است. به دلیل ارتباط نزدیکی که با همکاران قبلی خود که اکنون برای این شرکت کار میکنند، داریم، تحقیقات ما به سرعت در خارج از دنیای دانشگاهی نیز تأثیر میگذارد.»
مطالب ارائه شده توسط دانشگاه لینشوپینگ. نویسنده اصلی مونیکا وستمن اسونسلیوس. توجه: محتوا ممکن است از نظر سبک و طول ویرایش شود.
با خبرنامههای ایمیلی رایگان ScienceDaily که روزانه و هفتگی بهروزرسانی میشوند، آخرین اخبار علمی را دریافت کنید. یا فیدهای خبری بهروز شده ساعتی را در RSS خوان خود مشاهده کنید:
نظر خود را در مورد ScienceDaily با ما در میان بگذارید - ما از نظرات مثبت و منفی استقبال میکنیم. آیا در استفاده از سایت مشکلی دارید؟ سوالی دارید؟
زمان ارسال: ۱۱ مه ۲۰۲۰