Naujas metodas, leidžiantis sujungti vos kelių nanometrų storio puslaidininkių sluoksnius, ne tik lėmė mokslinį atradimą, bet ir naujo tipo tranzistorių, skirtą didelės galios elektroniniams prietaisams. Rezultatas, paskelbtas žurnale „Applied Physics Letters“, sukėlė didžiulį susidomėjimą.
Šis pasiekimas yra glaudaus Linköpingo universiteto mokslininkų ir „SweGaN“, LiU medžiagų mokslo tyrimų bendrovės, bendradarbiavimo rezultatas. Bendrovė gamina individualiai pritaikytus elektroninius komponentus iš galio nitrido.
Galio nitridas, GaN, yra puslaidininkis, naudojamas efektyviems šviesos diodams. Tačiau jis gali būti naudingas ir kitose srityse, pavyzdžiui, tranzistoriuose, nes jis gali atlaikyti aukštesnę temperatūrą ir srovės stiprumą nei daugelis kitų puslaidininkių. Tai svarbios savybės būsimiems elektroniniams komponentams, ypač tiems, kurie naudojami elektrinėse transporto priemonėse.
Galio nitrido garai kondensuojami ant silicio karbido plokštelės, suformuojant ploną dangą. Metodas, kai viena kristalinė medžiaga auginama ant kitos medžiagos pagrindo, vadinamas „epitaksija“. Šis metodas dažnai naudojamas puslaidininkių pramonėje, nes suteikia didelę laisvę nustatant tiek kristalinę struktūrą, tiek susidariusios nanometro plėvelės cheminę sudėtį.
Galio nitrido, GaN ir silicio karbido, SiC (abu gali atlaikyti stiprius elektrinius laukus) derinys užtikrina, kad grandinės tinka taikymams, kuriems reikalinga didelė galia.
Tačiau dviejų kristalinių medžiagų, galio nitrido ir silicio karbido, paviršinis sukibimas yra prastas. Atomai galiausiai nesutampa vienas su kitu, o tai lemia tranzistoriaus gedimą. Ši problema buvo išspręsta tyrimais, kurie vėliau lėmė komercinį sprendimą, kuriame tarp dviejų sluoksnių buvo įdėtas dar plonesnis aliuminio nitrido sluoksnis.
„SweGaN“ inžinieriai atsitiktinai pastebėjo, kad jų tranzistoriai gali atlaikyti žymiai didesnius lauko stiprumus, nei jie tikėjosi, ir iš pradžių negalėjo suprasti, kodėl. Atsakymą galima rasti atominiame lygmenyje – keliuose svarbiuose tarpiniuose paviršiuose komponentų viduje.
LiU ir „SweGaN“ tyrėjai, vadovaujami LiU Larso Hultmano ir Juno Lu, žurnale „Applied Physics Letters“ pateikia šio reiškinio paaiškinimą ir aprašo metodą, kaip pagaminti tranzistorius, kurie dar labiau atlaiko aukštą įtampą.
Mokslininkai atrado anksčiau nežinomą epitaksinio augimo mechanizmą, kurį jie pavadino „transmorfiniu epitaksiniu augimu“. Dėl jo įtampa tarp skirtingų sluoksnių palaipsniui absorbuojama per porą atomų sluoksnių. Tai reiškia, kad jie gali auginti du sluoksnius, galio nitridą ir aliuminio nitridą, ant silicio karbido taip, kad atominiu lygmeniu kontroliuotų, kaip sluoksniai yra tarpusavyje susiję medžiagoje. Laboratorijoje jie parodė, kad medžiaga atlaiko aukštą įtampą, iki 1800 V. Jei tokia įtampa būtų taikoma klasikiniam silicio pagrindu pagamintam komponentui, pradėtų skristi kibirkštys ir tranzistorius būtų sunaikintas.
„Sveikiname „SweGaN“, kad jie pradėjo prekiauti išradimu. Tai rodo efektyvų bendradarbiavimą ir tyrimų rezultatų panaudojimą visuomenėje. Dėl glaudaus ryšio su ankstesniais kolegomis, kurie dabar dirba įmonėje, mūsų tyrimai greitai daro įtaką ir už akademinio pasaulio ribų“, – sako Larsas Hultmanas.
Medžiagą pateikė Linšiopingo universitetas. Originalo autorė Monica Westman Svenselius. Pastaba: turinys gali būti redaguojamas dėl stiliaus ir apimties.
Gaukite naujausias mokslo naujienas su nemokamais „ScienceDaily“ el. pašto naujienlaiškiais, atnaujinamais kasdien ir kas savaitę. Arba peržiūrėkite kas valandą atnaujinamus naujienų srautus savo RSS skaitytuve:
Papasakokite, ką manote apie „ScienceDaily“ – laukiame tiek teigiamų, tiek neigiamų komentarų. Turite problemų naudodamiesi svetaine? Klausimų?
Įrašo laikas: 2020 m. gegužės 11 d.