Nova metoda spajanja slojeva poluvodiča tankih i do nekoliko nanometara rezultirala je ne samo znanstvenim otkrićem već i novom vrstom tranzistora za elektroničke uređaje velike snage. Rezultat, objavljen u časopisu Applied Physics Letters, izazvao je ogroman interes.
Postignuće je rezultat bliske suradnje između znanstvenika sa Sveučilišta Linköping i SweGaN-a, tvrtke koja je nastala iz istraživanja znanosti o materijalima na LiU-u. Tvrtka proizvodi elektroničke komponente po mjeri od galijevog nitrida.
Galijev nitrid, GaN, je poluvodič koji se koristi za učinkovite svjetleće diode. Međutim, može biti koristan i u drugim primjenama, poput tranzistora, budući da može podnijeti više temperature i jakosti struje od mnogih drugih poluvodiča. To su važna svojstva za buduće elektroničke komponente, a ne samo za one koje se koriste u električnim vozilima.
Para galijevog nitrida kondenzira se na pločici silicijevog karbida, stvarajući tanki premaz. Metoda u kojoj se jedan kristalni materijal uzgaja na podlozi drugog poznata je kao "epitaksija". Metoda se često koristi u poluvodičkoj industriji jer pruža veliku slobodu u određivanju kristalne strukture i kemijskog sastava nastalog nanometarskog filma.
Kombinacija galijevog nitrida, GaN, i silicijevog karbida, SiC (oba mogu izdržati jaka električna polja) osigurava da su sklopovi prikladni za primjene u kojima su potrebne velike snage.
Međutim, površinsko prileganje dvaju kristalnih materijala, galijevog nitrida i silicijevog karbida, je loše. Atomi na kraju nisu usklađeni, što dovodi do kvara tranzistora. To je riješeno istraživanjem, koje je potom dovelo do komercijalnog rješenja u kojem je između dva sloja postavljen još tanji sloj aluminijevog nitrida.
Inženjeri u SweGaN-u slučajno su primijetili da njihovi tranzistori mogu podnijeti znatno veće jakosti polja nego što su očekivali, i isprva nisu mogli razumjeti zašto. Odgovor se može pronaći na atomskoj razini - u nekoliko kritičnih međupovršina unutar komponenti.
Istraživači na LiU-u i SweGaN-u, predvođeni Larsom Hultmanom i Jun Luom s LiU-a, u časopisu Applied Physics Letters predstavljaju objašnjenje fenomena i opisuju metodu za proizvodnju tranzistora s još većom sposobnošću podnošenja visokih napona.
Znanstvenici su otkrili prethodno nepoznati mehanizam epitaksijalnog rasta koji su nazvali "transmorfni epitaksijalni rast". On uzrokuje postupnu apsorpciju naprezanja između različitih slojeva preko nekoliko slojeva atoma. To znači da mogu uzgajati dva sloja, galijev nitrid i aluminijev nitrid, na silicijevom karbidu na način da na atomskoj razini kontroliraju kako su slojevi međusobno povezani u materijalu. U laboratoriju su pokazali da materijal podnosi visoke napone, do 1800 V. Ako bi se takav napon postavio na klasičnu komponentu na bazi silicija, počele bi letjeti iskre i tranzistor bi bio uništen.
„Čestitamo SweGaN-u na početku plasiranja izuma na tržište. To pokazuje učinkovitu suradnju i korištenje rezultata istraživanja u društvu. Zahvaljujući bliskom kontaktu koji imamo s našim bivšim kolegama koji sada rade za tvrtku, naša istraživanja brzo imaju utjecaj i izvan akademskog svijeta“, kaže Lars Hultman.
Materijale je osiguralo Sveučilište u Linköpingu. Izvornik je napisala Monica Westman Svenselius. Napomena: Sadržaj se može urediti s obzirom na stil i duljinu.
Primajte najnovije znanstvene vijesti putem besplatnih e-mail biltena ScienceDailyja, koji se ažuriraju dnevno i tjedno. Ili pogledajte ažurirane vijesti svakog sata u svom RSS čitaču:
Recite nam što mislite o ScienceDailyju — pozdravljamo i pozitivne i negativne komentare. Imate li problema s korištenjem stranice? Pitanja?
Vrijeme objave: 11. svibnja 2020.