Egy új módszer, amellyel akár néhány nanométer vastagságú félvezető rétegeket illesztenek össze, nemcsak tudományos felfedezést eredményezett, hanem egy új típusú tranzisztort is nagy teljesítményű elektronikus eszközökhöz. Az Applied Physics Letters című folyóiratban megjelent eredmény hatalmas érdeklődést váltott ki.
Az eredmény a Linköpingi Egyetem tudósai és a SweGaN, a LiU anyagtudományi kutatásaiból kivált spin-off vállalat szoros együttműködésének eredménye. A vállalat gallium-nitridből gyárt egyedi elektronikai alkatrészeket.
A gallium-nitrid, GaN, egy félvezető, amelyet hatékony fénykibocsátó diódákban használnak. Hasznos lehet azonban más alkalmazásokban is, például tranzisztorokban, mivel magasabb hőmérsékletet és áramerősséget képes ellenállni, mint sok más félvezető. Ezek fontos tulajdonságok a jövő elektronikus alkatrészei számára, nem utolsósorban az elektromos járművekben használtak számára.
A gallium-nitrid gőzt szilícium-karbid lapkán kondenzálják, így vékony bevonatot képezve. Az a módszer, amelyben egy kristályos anyagot egy másik hordozóján növesztenek, „epitaxiának” nevezik. A módszert gyakran használják a félvezetőiparban, mivel nagy szabadságot biztosít mind a kristályszerkezet, mind a képződött nanométeres film kémiai összetételének meghatározásában.
A gallium-nitrid, GaN, és a szilícium-karbid, SiC kombinációja (mindkettő ellenáll az erős elektromos mezőknek) biztosítja, hogy az áramkörök alkalmasak legyenek olyan alkalmazásokhoz, ahol nagy teljesítményre van szükség.
A két kristályos anyag, a gallium-nitrid és a szilícium-karbid felületi illeszkedése azonban gyenge. Az atomok végül eltérnek egymástól, ami a tranzisztor meghibásodásához vezet. Ezt a problémát kutatások kezelték, amelyek később egy kereskedelmi forgalomban kapható megoldáshoz vezettek, amelyben egy még vékonyabb alumínium-nitrid réteget helyeztek a két réteg közé.
A SweGaN mérnökei véletlenül vették észre, hogy tranzisztorjaik a vártnál lényegesen nagyobb térerősséggel is képesek megbirkózni, és kezdetben nem értették, miért. A válasz atomi szinten található – az alkatrészek belsejében található néhány kritikus közbenső felületen.
A LiU és a SweGaN kutatói, élükön a LiU Lars Hultman és Jun Lu munkatársaival, az Applied Physics Letters című folyóiratban ismertetik a jelenség magyarázatát, és leírnak egy módszert a nagyfeszültségű tranzisztorok még nagyobb ellenállására.
A tudósok felfedeztek egy korábban ismeretlen epitaxiális növekedési mechanizmust, amelyet „transzmorf epitaxiális növekedésnek” neveztek el. Ez azt okozza, hogy a különböző rétegek közötti feszültség fokozatosan elnyelődik néhány atomrétegen keresztül. Ez azt jelenti, hogy a két réteget, a gallium-nitridet és az alumínium-nitridet szilícium-karbidra növeszthetik oly módon, hogy atomi szinten szabályozzák a rétegek egymáshoz való viszonyát az anyagban. Laboratóriumban kimutatták, hogy az anyag magas feszültségeket, akár 1800 V-ot is elvisel. Ha ilyen feszültséget helyeznének egy klasszikus szilíciumalapú alkatrészre, szikrák csapódnának, és a tranzisztor tönkremenne.
„Gratulálunk a SweGaN-nak a találmány forgalmazásának kezdetéhez. Ez hatékony együttműködést és a kutatási eredmények társadalmi hasznosítását mutatja. A korábbi, jelenleg a vállalatnál dolgozó kollégáinkkal ápolt szoros kapcsolatnak köszönhetően kutatásaink gyorsan hatással vannak az akadémiai világon kívül is” – mondja Lars Hultman.
A Linköpingi Egyetem által biztosított anyagok. Eredetileg Monica Westman Svenselius írta. Megjegyzés: A tartalom stílus és terjedelem miatt szerkeszthető.
A legfrissebb tudományos híreket a ScienceDaily ingyenes, naponta és hetente frissülő e-mail hírleveleivel olvashatja. Vagy tekintse meg az óránként frissülő hírfolyamokat RSS-olvasójában:
Mondja el a véleményét a ScienceDaily-ről – mind a pozitív, mind a negatív visszajelzéseket szívesen fogadjuk. Problémái vannak az oldal használatával? Kérdései vannak?
Közzététel ideje: 2020. május 11.