수 나노미터 두께의 반도체 층들을 접합하는 새로운 방법이 과학적 발견뿐 아니라 고출력 전자 기기용 신형 트랜지스터의 개발로 이어졌습니다. 응용물리학 레터(Applied Physics Letters)에 발표된 이 연구 결과는 큰 관심을 불러일으켰습니다.
이번 성과는 린셰핑 대학교 과학자들과 린셰핑 대학교 재료과학 연구에서 분사한 기업인 SweGaN의 긴밀한 협력의 결과입니다. SweGaN은 질화갈륨으로 맞춤형 전자 부품을 제조합니다.
질화갈륨(GaN)은 효율적인 발광 다이오드에 사용되는 반도체입니다. 하지만 다른 많은 반도체보다 높은 온도와 전류를 견딜 수 있기 때문에 트랜지스터와 같은 다른 응용 분야에서도 유용하게 사용될 수 있습니다. 이러한 특성은 미래의 전자 부품, 특히 전기 자동차에 사용되는 부품에 매우 중요합니다.
질화갈륨 증기를 탄화규소 웨이퍼 위에 응축시켜 얇은 코팅을 형성합니다. 한 결정질 물질을 다른 결정질 기판 위에 성장시키는 방법을 "에피택시"라고 합니다. 이 방법은 나노미터 두께의 박막의 결정 구조와 화학적 조성을 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 반도체 산업에서 널리 사용됩니다.
강한 전기장을 견딜 수 있는 질화갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)의 조합은 고출력이 필요한 응용 분야에 적합한 회로를 보장합니다.
하지만 질화갈륨과 탄화규소라는 두 결정질 물질 사이의 표면 접합 상태가 좋지 않습니다. 원자들이 서로 제대로 결합하지 못하여 트랜지스터가 고장나는 것입니다. 이러한 문제는 연구를 통해 해결되었고, 그 결과 두 층 사이에 훨씬 얇은 질화알루미늄 층을 삽입하는 상용 솔루션이 개발되었습니다.
SweGaN의 엔지니어들은 우연히 자신들의 트랜지스터가 예상보다 훨씬 높은 전계 강도를 견딜 수 있다는 사실을 발견했지만, 처음에는 그 이유를 이해하지 못했습니다. 그 해답은 원자 수준, 즉 부품 내부의 몇몇 중요한 중간 표면에 있습니다.
린베이대학교(LiU)의 라스 훌트만과 준 루가 이끄는 연구진은 응용물리학 저널(Applied Physics Letters)에 이 현상에 대한 설명을 제시하고, 고전압을 견딜 수 있는 능력이 훨씬 뛰어난 트랜지스터를 제조하는 방법을 설명했습니다.
과학자들은 이전에 알려지지 않았던 새로운 에피택셜 성장 메커니즘을 발견했으며, 이를 "변환 에피택셜 성장"이라고 명명했습니다. 이 메커니즘은 서로 다른 층 사이의 변형이 여러 층의 원자에 걸쳐 점진적으로 흡수되도록 합니다. 즉, 질화갈륨과 질화알루미늄 두 층을 탄화규소 위에 성장시킬 때, 원자 수준에서 각 층의 관계를 제어할 수 있다는 것을 의미합니다. 실험실 실험에서 이 소재는 최대 1800V의 고전압을 견딜 수 있음을 보여주었습니다. 만약 이러한 전압을 일반적인 실리콘 기반 부품에 가하면 스파크가 발생하고 트랜지스터가 파괴될 것입니다.
"SweGaN이 발명품을 상용화하기 시작한 것을 축하드립니다. 이는 효율적인 협력과 연구 결과의 사회적 활용을 보여주는 좋은 사례입니다. 저희와 함께 연구했던 동료들이 현재 이 회사에 재직 중이기 때문에 긴밀한 관계를 유지하고 있으며, 덕분에 저희 연구가 학계뿐만 아니라 사회 전반에 빠르게 영향을 미치고 있습니다."라고 라스 훌트만은 말했습니다.
본 자료는 링쾨핑 대학교에서 제공했습니다. 원문은 모니카 웨스트만 스벤셀리우스가 작성했습니다. 참고: 내용의 가독성과 분량을 위해 편집될 수 있습니다.
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게시 시간: 2020년 5월 11일