O nouă metodă de îmbinare a straturilor de semiconductori de doar câțiva nanometri a dus nu doar la o descoperire științifică, ci și la un nou tip de tranzistor pentru dispozitive electronice de mare putere. Rezultatul, publicat în Applied Physics Letters, a stârnit un interes imens.
Realizarea este rezultatul unei colaborări strânse între oamenii de știință de la Universitatea Linköping și SweGaN, o companie derivată din cercetarea științei materialelor de la LiU. Compania produce componente electronice personalizate din nitrură de galiu.
Nitrura de galiu, GaN, este un semiconductor utilizat pentru diode emițătoare de lumină eficiente. Cu toate acestea, poate fi utilă și în alte aplicații, cum ar fi tranzistoarele, deoarece poate rezista la temperaturi și intensități de curent mai ridicate decât mulți alți semiconductori. Acestea sunt proprietăți importante pentru componentele electronice ale viitorului, nu în ultimul rând pentru cele utilizate în vehiculele electrice.
Vaporii de nitrură de galiu sunt lăsați să se condenseze pe o plachetă de carbură de siliciu, formând un strat subțire. Metoda prin care un material cristalin este crescut pe substratul altuia este cunoscută sub numele de „epitaxială”. Metoda este adesea utilizată în industria semiconductorilor, deoarece oferă o mare libertate în determinarea atât a structurii cristaline, cât și a compoziției chimice a peliculei nanometrice formate.
Combinația dintre nitrură de galiu, GaN și carbură de siliciu, SiC (ambele putând rezista la câmpuri electrice puternice), asigură că circuitele sunt potrivite pentru aplicații în care sunt necesare puteri mari.
Potrivirea la suprafață dintre cele două materiale cristaline, nitrură de galiu și carbură de siliciu, este însă slabă. Atomii ajung să nu fie potriviți unul cu celălalt, ceea ce duce la defectarea tranzistorului. Această problemă a fost abordată prin cercetări, care au condus ulterior la o soluție comercială, în care un strat și mai subțire de nitrură de aluminiu a fost plasat între cele două straturi.
Inginerii de la SweGaN au observat întâmplător că tranzistoarele lor puteau face față unor intensități de câmp semnificativ mai mari decât se așteptau și inițial nu au putut înțelege de ce. Răspunsul poate fi găsit la nivel atomic - în câteva suprafețe intermediare critice din interiorul componentelor.
Cercetătorii de la LiU și SweGaN, conduși de Lars Hultman și Jun Lu de la LiU, prezintă în revista Applied Physics Letters o explicație a fenomenului și descriu o metodă de fabricare a tranzistoarelor cu o capacitate și mai mare de a rezista la tensiuni ridicate.
Oamenii de știință au descoperit un mecanism de creștere epitaxială necunoscut anterior, pe care l-au numit „creștere epitaxială transmorfică”. Acesta face ca tensiunea dintre diferitele straturi să fie absorbită treptat de-a lungul a două straturi de atomi. Aceasta înseamnă că pot crește cele două straturi, nitrură de galiu și nitrură de aluminiu, pe carbură de siliciu, astfel încât să controleze la nivel atomic modul în care straturile sunt legate între ele în material. În laborator, au demonstrat că materialul rezistă la tensiuni mari, de până la 1800 V. Dacă o astfel de tensiune ar fi plasată pe o componentă clasică pe bază de siliciu, ar începe să zboare scântei, iar tranzistorul ar fi distrus.
„Felicităm SweGaN pentru că au început să comercializeze invenția. Aceasta demonstrează o colaborare eficientă și utilizarea rezultatelor cercetării în societate. Datorită contactului strâns pe care îl avem cu foștii noștri colegi care lucrează acum pentru companie, cercetarea noastră are rapid un impact și în afara lumii academice”, spune Lars Hultman.
Materiale furnizate de Universitatea Linköping. Text original: Monica Westman Svenselius. Notă: Conținutul poate fi editat din punct de vedere al stilului și lungimii.
Primiți cele mai recente știri științifice cu buletinele informative gratuite prin e-mail de la ScienceDaily, actualizate zilnic și săptămânal. Sau vizualizați fluxuri de știri actualizate orar în cititorul dvs. RSS:
Spune-ne ce părere ai despre ScienceDaily — primim cu brațele deschise atât comentariile pozitive, cât și cele negative. Ai probleme la utilizarea site-ului? Întrebări?
Data publicării: 11 mai 2020