שיטה חדשה להרכבת שכבות של מוליכים למחצה דקות של ננומטרים ספורים הביאה לא רק לתגלית מדעית, אלא גם לסוג חדש של טרנזיסטור עבור התקנים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה. התוצאה, שפורסמה ב-Applied Physics Letters, עוררה עניין רב.
ההישג הוא תוצאה של שיתוף פעולה הדוק בין מדענים מאוניברסיטת לינקופינג לבין SweGaN, חברת ספין-אוף ממחקר מדעי החומרים באוניברסיטת ליברפול. החברה מייצרת רכיבים אלקטרוניים בהתאמה אישית מגליום ניטריד.
גליום ניטריד, GaN, הוא מוליך למחצה המשמש לייצור דיודות פולטות אור יעילות. עם זאת, הוא עשוי להיות שימושי גם ביישומים אחרים, כגון טרנזיסטורים, מכיוון שהוא יכול לעמוד בטמפרטורות ועוצמות זרם גבוהות יותר מאשר מוליכים למחצה רבים אחרים. אלו תכונות חשובות עבור רכיבים אלקטרוניים עתידיים, במיוחד עבור אלו המשמשים בכלי רכב חשמליים.
אדי גליום ניטריד מתעבים על גבי פרוסת סיליקון קרביד, ויוצרים ציפוי דק. השיטה שבה חומר גבישי אחד גדל על גבי מצע של חומר אחר ידועה בשם "אפיטקסיה". השיטה משמשת לעתים קרובות בתעשיית המוליכים למחצה מכיוון שהיא מספקת חופש רב בקביעת מבנה הגביש וההרכב הכימי של הסרט הננומטרי שנוצר.
השילוב של גליום ניטריד, GaN, וסיליקון קרביד, SiC (שניהם עמידים בשדות חשמליים חזקים), מבטיח שהמעגלים מתאימים ליישומים בהם נדרשים הספקים גבוהים.
עם זאת, ההתאמה על פני השטח בין שני החומרים הגבישיים, גליום ניטריד וסיליקון קרביד, גרועה. האטומים בסופו של דבר אינם תואמים זה את זה, מה שמוביל לכשל הטרנזיסטור. מחקרים טופלנו על כך, שהובילו לאחר מכן לפתרון מסחרי, שבו שכבה דקה עוד יותר של אלומיניום ניטריד הונחה בין שתי השכבות.
המהנדסים ב-SweGaN שמו לב במקרה שהטרנזיסטורים שלהם מסוגלים להתמודד עם עוצמות שדה גבוהות משמעותית ממה שציפו, ולא הצליחו להבין בתחילה מדוע. התשובה נמצאת ברמה האטומית - בכמה משטחי ביניים קריטיים בתוך הרכיבים.
חוקרים ב-LiU וב-SweGaN, בראשות לארס הולטמן וג'ון לו מ-LiU, מציגים ב-Applied Physics Letters הסבר לתופעה, ומתארים שיטה לייצור טרנזיסטורים בעלי יכולת גדולה אף יותר לעמוד במתחים גבוהים.
המדענים גילו מנגנון גדילה אפיטקסיאלית שלא היה ידוע קודם לכן, אותו כינו "גדילה אפיטקסיאלית טרנסמורפית". הוא גורם למאמץ בין השכבות השונות להיספג בהדרגה על פני כמה שכבות של אטומים. משמעות הדבר היא שהם יכולים לגדל את שתי השכבות, גליום ניטריד ואלומיניום ניטריד, על סיליקון קרביד באופן ששולט ברמה האטומית באופן שבו השכבות קשורות זו לזו בחומר. במעבדה הם הראו שהחומר עומד במתחים גבוהים, עד 1800 וולט. אם מתח כזה היה מונח על פני רכיב קלאסי מבוסס סיליקון, ניצוצות היו מתחילים לעוף והטרנזיסטור היה נהרס.
"אנו מברכים את SweGaN על תחילת שיווק ההמצאה. זה מראה על שיתוף פעולה יעיל וניצול תוצאות המחקר בחברה. הודות לקשר ההדוק שיש לנו עם עמיתינו הקודמים שעובדים כעת בחברה, למחקר שלנו יש השפעה מהירה גם מחוץ לעולם האקדמי", אומר לארס הולטמן.
החומרים סופקו על ידי אוניברסיטת לינקופינג. נכתב במקור על ידי מוניקה ווסטמן סוונסליוס. הערה: ייתכן עריכה של התוכן לטובת סגנון ואורכו.
קבלו את חדשות המדע האחרונות עם הניוזלטרים החינמיים של ScienceDaily בדוא"ל, המתעדכנים מדי יום ושבוע. או צפו בעדכוני חדשות המתעדכנים מדי שעה בקורא ה-RSS שלכם:
ספרו לנו מה דעתכם על ScienceDaily - נשמח לקבל תגובות חיוביות ושליליות כאחד. יש לכם בעיות בשימוש באתר? שאלות?
זמן פרסום: 11 במאי 2020