Metode baru untuk menyatukan lapisan semikonduktor setipis beberapa nanometer tidak hanya menghasilkan penemuan ilmiah, tetapi juga jenis transistor baru untuk perangkat elektronik daya tinggi. Hasil penelitian yang dipublikasikan di Applied Physics Letters ini telah membangkitkan minat yang sangat besar.
Prestasi ini merupakan hasil kolaborasi erat antara para ilmuwan di Universitas Linköping dan SweGaN, sebuah perusahaan spin-off dari penelitian ilmu material di LiU. Perusahaan ini memproduksi komponen elektronik khusus dari galium nitrida.
Galium nitrida, GaN, adalah semikonduktor yang digunakan untuk dioda pemancar cahaya yang efisien. Namun, GaN juga mungkin berguna dalam aplikasi lain, seperti transistor, karena dapat menahan suhu dan kekuatan arus yang lebih tinggi daripada banyak semikonduktor lainnya. Ini adalah sifat-sifat penting untuk komponen elektronik masa depan, terutama untuk komponen yang digunakan dalam kendaraan listrik.
Uap galium nitrida dibiarkan mengembun di atas wafer silikon karbida, membentuk lapisan tipis. Metode di mana satu material kristal ditumbuhkan pada substrat material kristal lainnya dikenal sebagai "epitaksi." Metode ini sering digunakan dalam industri semikonduktor karena memberikan kebebasan besar dalam menentukan struktur kristal dan komposisi kimia dari film nanometer yang terbentuk.
Kombinasi galium nitrida (GaN) dan silikon karbida (SiC) (keduanya mampu menahan medan listrik yang kuat) memastikan bahwa sirkuit tersebut cocok untuk aplikasi yang membutuhkan daya tinggi.
Namun, kecocokan permukaan antara dua material kristal, galium nitrida dan silikon karbida, sangat buruk. Atom-atom tersebut akhirnya tidak cocok satu sama lain, yang menyebabkan kegagalan transistor. Hal ini telah diatasi melalui penelitian, yang kemudian menghasilkan solusi komersial, di mana lapisan aluminium nitrida yang lebih tipis ditempatkan di antara kedua lapisan tersebut.
Para insinyur di SweGaN secara kebetulan menyadari bahwa transistor mereka mampu mengatasi kekuatan medan yang jauh lebih tinggi daripada yang mereka perkirakan, dan awalnya mereka tidak mengerti mengapa. Jawabannya dapat ditemukan pada tingkat atom — pada beberapa permukaan perantara kritis di dalam komponen tersebut.
Para peneliti di LiU dan SweGaN, yang dipimpin oleh Lars Hultman dan Jun Lu dari LiU, menyajikan penjelasan tentang fenomena tersebut dalam jurnal Applied Physics Letters, dan menjelaskan metode untuk memproduksi transistor dengan kemampuan yang lebih besar untuk menahan tegangan tinggi.
Para ilmuwan telah menemukan mekanisme pertumbuhan epitaksial yang sebelumnya tidak diketahui, yang mereka namakan "pertumbuhan epitaksial transmorfik." Mekanisme ini menyebabkan tegangan antara lapisan-lapisan yang berbeda secara bertahap diserap melalui beberapa lapisan atom. Ini berarti bahwa mereka dapat menumbuhkan dua lapisan, galium nitrida dan aluminium nitrida, pada silikon karbida sedemikian rupa sehingga dapat mengontrol pada tingkat atom bagaimana lapisan-lapisan tersebut saling berhubungan dalam material. Di laboratorium, mereka telah menunjukkan bahwa material tersebut tahan terhadap tegangan tinggi, hingga 1800 V. Jika tegangan seperti itu diberikan pada komponen berbasis silikon klasik, percikan api akan muncul dan transistor akan hancur.
“Kami mengucapkan selamat kepada SweGaN atas dimulainya pemasaran penemuan ini. Ini menunjukkan kolaborasi yang efisien dan pemanfaatan hasil penelitian di masyarakat. Karena kontak erat yang kami miliki dengan mantan kolega kami yang sekarang bekerja untuk perusahaan tersebut, penelitian kami dengan cepat memberikan dampak juga di luar dunia akademis,” kata Lars Hultman.
Materi disediakan oleh Universitas Linköping. Ditulis asli oleh Monica Westman Svenselius. Catatan: Konten mungkin diedit untuk gaya dan panjangnya.
Dapatkan berita sains terkini dengan buletin email gratis ScienceDaily, yang diperbarui setiap hari dan setiap minggu. Atau lihat umpan berita yang diperbarui setiap jam di pembaca RSS Anda:
Sampaikan pendapat Anda tentang ScienceDaily — kami menerima komentar positif maupun negatif. Mengalami masalah saat menggunakan situs ini? Ada pertanyaan?
Waktu posting: 11 Mei 2020