Satu kaedah baharu untuk memadankan lapisan semikonduktor setipis beberapa nanometer bukan sahaja telah menghasilkan penemuan saintifik tetapi juga sejenis transistor baharu untuk peranti elektronik berkuasa tinggi. Hasilnya, yang diterbitkan dalam Applied Physics Letters, telah menimbulkan minat yang besar.
Pencapaian ini adalah hasil kerjasama erat antara saintis di Universiti Linköping dan SweGaN, sebuah syarikat sampingan daripada penyelidikan sains bahan di LiU. Syarikat itu mengeluarkan komponen elektronik yang disesuaikan daripada galium nitrida.
Galium nitrida, GaN, ialah semikonduktor yang digunakan untuk diod pemancar cahaya yang cekap. Walau bagaimanapun, ia juga mungkin berguna dalam aplikasi lain, seperti transistor, kerana ia boleh menahan suhu dan kekuatan arus yang lebih tinggi berbanding kebanyakan semikonduktor lain. Ini adalah sifat penting untuk komponen elektronik masa hadapan, terutamanya bagi komponen yang digunakan dalam kenderaan elektrik.
Wap galium nitrida dibiarkan terkondensasi pada wafer silikon karbida, membentuk lapisan nipis. Kaedah di mana satu bahan kristal ditumbuhkan pada substrat bahan kristal yang lain dikenali sebagai "epitaksi". Kaedah ini sering digunakan dalam industri semikonduktor kerana ia memberikan kebebasan yang besar dalam menentukan kedua-dua struktur kristal dan komposisi kimia filem nanometer yang terbentuk.
Gabungan galium nitrida, GaN dan silikon karbida, SiC (kedua-duanya boleh menahan medan elektrik yang kuat), memastikan litar tersebut sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kuasa tinggi.
Walau bagaimanapun, kesesuaian permukaan antara dua bahan kristal, galium nitrida dan silikon karbida, adalah lemah. Atom-atom tersebut akhirnya tidak sepadan antara satu sama lain, yang mengakibatkan kegagalan transistor. Ini telah ditangani oleh penyelidikan, yang kemudiannya membawa kepada penyelesaian komersial, di mana lapisan aluminium nitrida yang lebih nipis diletakkan di antara kedua-dua lapisan tersebut.
Para jurutera di SweGaN secara kebetulan menyedari bahawa transistor mereka boleh menampung kekuatan medan yang jauh lebih tinggi daripada yang mereka jangkakan, dan mereka pada mulanya tidak dapat memahami sebabnya. Jawapannya boleh didapati di peringkat atom — dalam beberapa permukaan perantaraan kritikal di dalam komponen.
Penyelidik di LiU dan SweGaN, yang diketuai oleh Lars Hultman dan Jun Lu dari LiU, membentangkan dalam Surat Fizik Gunaan penjelasan tentang fenomena tersebut, dan menerangkan kaedah untuk mengeluarkan transistor dengan keupayaan yang lebih besar untuk menahan voltan tinggi.
Para saintis telah menemui mekanisme pertumbuhan epitaksial yang sebelum ini tidak diketahui yang mereka namakan "pertumbuhan epitaksial transmorfik." Ia menyebabkan ketegangan antara lapisan berbeza diserap secara beransur-ansur merentasi beberapa lapisan atom. Ini bermakna mereka boleh menumbuhkan dua lapisan, galium nitrida dan aluminium nitrida, pada silikon karbida dengan cara yang dapat mengawal pada peringkat atom bagaimana lapisan tersebut berkaitan antara satu sama lain dalam bahan tersebut. Di makmal, mereka telah menunjukkan bahawa bahan tersebut tahan voltan tinggi, sehingga 1800 V. Jika voltan sedemikian diletakkan merentasi komponen berasaskan silikon klasik, percikan api akan mula beterbangan dan transistor akan musnah.
“Kami mengucapkan tahniah kepada SweGaN kerana mereka mula memasarkan ciptaan ini. Ia menunjukkan kerjasama yang cekap dan penggunaan hasil penyelidikan dalam masyarakat. Disebabkan hubungan rapat yang kami ada dengan rakan sekerja kami sebelum ini yang kini bekerja untuk syarikat, penyelidikan kami dengan pantas memberi impak di luar dunia akademik,” kata Lars Hultman.
Bahan disediakan oleh Universiti Linköping. Asal ditulis oleh Monica Westman Svenselius. Nota: Kandungan mungkin disunting untuk gaya dan panjang.
Dapatkan berita sains terkini dengan surat berita e-mel percuma ScienceDaily, dikemas kini setiap hari dan setiap minggu. Atau lihat suapan berita yang dikemas kini setiap jam dalam pembaca RSS anda:
Beritahu kami pendapat anda tentang ScienceDaily — kami mengalu-alukan komen positif dan negatif. Ada sebarang masalah menggunakan laman web ini? Ada soalan?
Masa siaran: 11 Mei 2020