Ný aðferð til að setja saman lög af hálfleiðurum allt niður í nokkra nanómetra þunna hefur ekki aðeins leitt til vísindalegrar uppgötvunar heldur einnig nýrrar gerðar af smára fyrir öflug rafeindabúnað. Niðurstaðan, sem birtist í Applied Physics Letters, hefur vakið mikinn áhuga.
Þessi árangur er afrakstur náins samstarfs vísindamanna við Háskólann í Linköping og SweGaN, sem er afleidd af efnisvísindarannsóknum við LiU. Fyrirtækið framleiðir sérsniðna rafeindabúnað úr gallíumnítríði.
Gallíumnítríð, GaN, er hálfleiðari sem notaður er í skilvirkar ljósdíóður. Hann gæti þó einnig verið gagnlegur í öðrum tilgangi, svo sem smárum, þar sem hann þolir hærra hitastig og straumstyrk en margir aðrir hálfleiðarar. Þetta eru mikilvægir eiginleikar fyrir framtíðar rafeindabúnað, ekki síst þá sem notaðir eru í rafknúnum ökutækjum.
Gallíumnítríðgufa er látin þéttast á kísilkarbíðskífu og myndar þunna húð. Aðferðin þar sem eitt kristallað efni er ræktað á undirlagi annars er þekkt sem „epitaxía“. Aðferðin er oft notuð í hálfleiðaraiðnaðinum þar sem hún veitir mikið frelsi við að ákvarða bæði kristalbyggingu og efnasamsetningu nanómetrafilmunnar sem myndast.
Samsetning gallíumnítríðs, GaN, og kísilkarbíðs, SiC (sem bæði þola sterk rafsvið) tryggir að rafrásirnar henti fyrir notkun þar sem mikil afköst eru nauðsynleg.
Yfirborðspassunin milli kristallaðra efnanna tveggja, gallíumnítríðs og kísilkarbíðs, er hins vegar léleg. Atómin enda á að missa hvert annað, sem leiðir til bilunar í smáranum. Rannsóknir hafa tekið á þessu og leiddu síðan til viðskiptalegrar lausnar þar sem enn þynnra lag af álnítríði var sett á milli laganna tveggja.
Verkfræðingarnir hjá SweGaN tóku eftir því fyrir tilviljun að smárar þeirra gátu tekist á við mun hærri sviðsstyrk en þeir höfðu búist við, og þeir skildu ekki í fyrstu hvers vegna. Svarið er að finna á frumeindastigi — í nokkrum mikilvægum milliflötum inni í íhlutunum.
Rannsakendur við LiU og SweGaN, undir forystu Lars Hultman og Jun Lu frá LiU, kynna í Applied Physics Letters skýringu á fyrirbærinu og lýsa aðferð til að framleiða smára með enn meiri getu til að þola háa spennu.
Vísindamennirnir hafa uppgötvað áður óþekktan vaxtarferil epitaxial sem þeir hafa nefnt „transmorphic epitaxial growth“. Hann veldur því að álagið milli mismunandi laga frásogast smám saman yfir nokkur lög af atómum. Þetta þýðir að þeir geta ræktað lögin tvö, gallíumnítríð og álnítríð, á kísilkarbíði á þann hátt að stjórna á atómstigi hvernig lögin tengjast hvert öðru í efninu. Í rannsóknarstofu hafa þeir sýnt fram á að efnið þolir háa spennu, allt að 1800 V. Ef slík spenna væri sett yfir hefðbundinn kísilhluta, myndu neistar byrja að fljúga og smárinn myndi eyðileggjast.
„Við óskum SweGaN til hamingju með að hafa hafið markaðssetningu uppfinningarinnar. Þetta sýnir fram á skilvirkt samstarf og nýtingu rannsóknarniðurstaðna í samfélaginu. Vegna náins sambands við fyrri samstarfsmenn okkar sem nú starfa hjá fyrirtækinu hefur rannsókn okkar skjót áhrif, einnig utan fræðaheimsins,“ segir Lars Hultman.
Háskólinn í Linköping lætur í té efni. Upprunalega skrifuð af Monicu Westman Svenselius. Athugið: Efni kann að vera breytt hvað varðar stíl og lengd.
Fáðu nýjustu vísindafréttir með ókeypis fréttabréfum ScienceDaily í tölvupósti, uppfærð daglega og vikulega. Eða skoðaðu fréttaveitur sem eru uppfærðar á klukkustundar fresti í RSS-lesaranum þínum:
Láttu okkur vita hvað þér finnst um ScienceDaily — við tökum vel á móti bæði jákvæðum og neikvæðum athugasemdum. Ertu með einhver vandamál með að nota síðuna? Spurningar?
Birtingartími: 11. maí 2020