Jauna metode, kā savienot kopā pusvadītāju slāņus, kuru plāns ir tikai daži nanometri, ir novedusi ne tikai pie zinātniska atklājuma, bet arī pie jauna veida tranzistora lieljaudas elektroniskām ierīcēm. Rezultāts, kas publicēts žurnālā Applied Physics Letters, ir izraisījis milzīgu interesi.
Šis sasniegums ir Linšēpingas Universitātes zinātnieku un SweGaN, LiU materiālzinātnes pētījumu uzņēmuma, ciešas sadarbības rezultāts. Uzņēmums ražo pielāgotus elektroniskos komponentus no gallija nitrīda.
Gallija nitrīds jeb GaN ir pusvadītājs, ko izmanto efektīvās gaismas diodēs. Tomēr tas varētu būt noderīgs arī citās lietojumprogrammās, piemēram, tranzistoros, jo tas var izturēt augstāku temperatūru un strāvas stiprumu nekā daudzi citi pusvadītāji. Tās ir svarīgas īpašības nākotnes elektroniskajiem komponentiem, jo īpaši tiem, ko izmanto elektriskajos transportlīdzekļos.
Gallija nitrīda tvaikiem ļauj kondensēties uz silīcija karbīda plāksnes, veidojot plānu pārklājumu. Metode, kurā viens kristālisks materiāls tiek audzēts uz cita substrāta, ir pazīstama kā "epitaksija". Šo metodi bieži izmanto pusvadītāju rūpniecībā, jo tā sniedz lielu brīvību gan kristāla struktūras, gan izveidotās nanometru plēves ķīmiskā sastāva noteikšanā.
Gallija nitrīda, GaN, un silīcija karbīda, SiC, kombinācija (abi var izturēt spēcīgus elektriskos laukus) nodrošina, ka shēmas ir piemērotas lietojumiem, kuros nepieciešama liela jauda.
Tomēr abu kristālisko materiālu, gallija nitrīda un silīcija karbīda, saderība uz virsmas ir slikta. Atomi galu galā nesakrīt viens ar otru, kas noved pie tranzistora atteices. Tas ir risināts pētījumos, kuru rezultātā vēlāk tika izstrādāts komerciāls risinājums, kurā starp abiem slāņiem tika ievietots vēl plānāks alumīnija nitrīda slānis.
SweGaN inženieri nejauši pamanīja, ka viņu tranzistori spēj tikt galā ar ievērojami lielāku lauka intensitāti, nekā viņi bija gaidījuši, un sākotnēji nevarēja saprast, kāpēc. Atbildi var atrast atomu līmenī — pāris kritiskās starpvirsmās komponentu iekšpusē.
LiU un SweGaN pētnieki LiU Larsa Hultmana un Džuna Lu vadībā žurnālā Applied Physics Letters sniedz parādības skaidrojumu un apraksta metodi tranzistoru ražošanai ar vēl lielāku spēju izturēt augstu spriegumu.
Zinātnieki ir atklājuši iepriekš nezināmu epitaksiālu augšanas mehānismu, ko viņi nosauca par “transmorfisku epitaksiālu augšanu”. Tas izraisa pakāpenisku sprieguma uzsūkšanos starp dažādiem slāņiem pāri pāris atomu slāņiem. Tas nozīmē, ka viņi var audzēt divus slāņus, gallija nitrīdu un alumīnija nitrīdu, uz silīcija karbīda tā, lai atomu līmenī kontrolētu, kā slāņi materiālā ir savstarpēji saistīti. Laboratorijā viņi ir pierādījuši, ka materiāls iztur augstu spriegumu, līdz pat 1800 V. Ja šāds spriegums tiktu pielikts klasiskam uz silīcija bāzes veidotam komponentam, sāktu lidot dzirksteles un tranzistors tiktu iznīcināts.
“Mēs apsveicam SweGaN ar izgudrojuma laišanas tirgū sākumu. Tas liecina par efektīvu sadarbību un pētījumu rezultātu izmantošanu sabiedrībā. Pateicoties ciešajam kontaktam, kas mums ir ar iepriekšējiem kolēģiem, kuri tagad strādā uzņēmumā, mūsu pētījumiem ātri ir ietekme arī ārpus akadēmiskās pasaules,” saka Larss Hultmans.
Materiālus nodrošina Linšēpingas Universitāte. Oriģināla autore ir Monika Vestmane Svenseliusa. Piezīme: Saturs var tikt rediģēts stila un garuma ziņā.
Saņemiet jaunākās zinātnes ziņas, izmantojot ScienceDaily bezmaksas e-pasta biļetenus, kas tiek atjaunināti katru dienu un katru nedēļu. Vai arī skatiet ikstundas atjauninātās ziņu plūsmas savā RSS lasītājā:
Pastāstiet mums savu viedokli par ScienceDaily — mēs atzinīgi vērtējam gan pozitīvus, gan negatīvus komentārus. Vai jums ir kādas problēmas, lietojot vietni? Jautājumi?
Publicēšanas laiks: 2020. gada 11. maijs