Un novo método para unir capas de semicondutores de tan só uns poucos nanómetros deu lugar non só a un descubrimento científico, senón tamén a un novo tipo de transistor para dispositivos electrónicos de alta potencia. O resultado, publicado en Applied Physics Letters, espertou un enorme interese.
O logro é o resultado dunha estreita colaboración entre científicos da Universidade de Linköping e SweGaN, unha empresa derivada da investigación en ciencia dos materiais na LiU. A empresa fabrica compoñentes electrónicos personalizados a partir de nitruro de galio.
O nitruro de galio (GaN) é un semicondutor que se emprega en díodos emisores de luz eficientes. Non obstante, tamén pode ser útil noutras aplicacións, como os transistores, xa que pode soportar temperaturas e intensidades de corrente máis elevadas que moitos outros semicondutores. Estas son propiedades importantes para os compoñentes electrónicos do futuro, sobre todo para os que se empregan nos vehículos eléctricos.
O vapor de nitruro de galio condénsase sobre unha oblea de carburo de silicio, formando unha capa fina. O método no que un material cristalino se fai medrar sobre un substrato doutro coñécese como "epitaxia". O método úsase a miúdo na industria dos semicondutores xa que ofrece unha gran liberdade para determinar tanto a estrutura cristalina como a composición química da película nanométrica formada.
A combinación de nitruro de galio, GaN e carburo de silicio, SiC (ambos os cales poden soportar campos eléctricos fortes), garante que os circuítos sexan axeitados para aplicacións nas que se necesitan potencias elevadas.
Non obstante, o axuste na superficie entre os dous materiais cristalinos, o nitruro de galio e o carburo de silicio, é deficiente. Os átomos acaban por non coincidir entre si, o que provoca a falla do transistor. Isto foi abordado pola investigación, que posteriormente levou a unha solución comercial, na que se colocou unha capa aínda máis fina de nitruro de aluminio entre as dúas capas.
Os enxeñeiros de SweGaN notaron por casualidade que os seus transistores podían soportar intensidades de campo significativamente maiores do que esperaban, e inicialmente non puideron entender por que. A resposta pódese atopar a nivel atómico: nun par de superficies intermedias críticas dentro dos compoñentes.
Investigadores de LiU e SweGaN, dirixidos por Lars Hultman e Jun Lu de LiU, presentan en Applied Physics Letters unha explicación do fenómeno e describen un método para fabricar transistores cunha capacidade aínda maior para soportar altas voltaxes.
Os científicos descubriron un mecanismo de crecemento epitaxial descoñecido previamente ao que denominaron "crecemento epitaxial transmórfico". Este mecanismo fai que a tensión entre as diferentes capas se absorba gradualmente a través dun par de capas de átomos. Isto significa que poden facer medrar as dúas capas, nitruro de galio e nitruro de aluminio, sobre carburo de silicio de maneira que se controle a nivel atómico como se relacionan as capas entre si no material. No laboratorio demostraron que o material soporta altas tensións, de ata 1800 V. Se se colocase unha tensión deste tipo nun compoñente clásico baseado en silicio, comezarían a saltar faíscas e o transistor destruiríase.
«Parabéns a SweGaN por comezar a comercializar a invención. Isto demostra unha colaboración eficiente e a utilización dos resultados da investigación na sociedade. Debido ao estreito contacto que temos cos nosos antigos compañeiros que agora traballan para a empresa, a nosa investigación ten un impacto rápido tamén fóra do mundo académico», afirma Lars Hultman.
Materiais proporcionados pola Universidade de Linköping. Escrito orixinal por Monica Westman Svenselius. Nota: O contido pode ser editado en canto a estilo e lonxitude.
Recibe as últimas novas científicas cos boletíns electrónicos gratuítos de ScienceDaily, actualizados diaria e semanalmente. Ou consulta as fontes de noticias actualizadas cada hora no teu lector RSS:
Dinos que pensas de ScienceDaily. Agradecemos tanto os comentarios positivos como os negativos. Tes algún problema para usar o sitio? Tes algunha pregunta?
Data de publicación: 11 de maio de 2020