Новый метод соединения слоев полупроводников толщиной в несколько нанометров привел не только к научному открытию, но и к созданию нового типа транзисторов для мощных электронных устройств. Результат, опубликованный в журнале Applied Physics Letters, вызвал огромный интерес.
Это достижение стало результатом тесного сотрудничества ученых из Линчёпингского университета и компании SweGaN, созданной на базе научно-исследовательского центра материаловедения Линчёпингского университета. Компания производит электронные компоненты из нитрида галлия по индивидуальным заказам.
Нитрид галлия (GaN) — это полупроводник, используемый в эффективных светодиодах. Однако он может быть полезен и в других областях применения, например, в транзисторах, поскольку способен выдерживать более высокие температуры и токи, чем многие другие полупроводники. Эти свойства важны для будущих электронных компонентов, особенно для тех, которые используются в электромобилях.
Пары нитрида галлия конденсируются на подложке из карбида кремния, образуя тонкое покрытие. Метод выращивания одного кристаллического материала на подложке из другого известен как «эпитаксия». Этот метод часто используется в полупроводниковой промышленности, поскольку он обеспечивает большую свободу в определении как кристаллической структуры, так и химического состава образующейся нанометровой пленки.
Сочетание нитрида галлия (GaN) и карбида кремния (SiC) (оба материала способны выдерживать сильные электрические поля) обеспечивает пригодность схем для применений, требующих высокой мощности.
Однако прилегание на поверхности двух кристаллических материалов, нитрида галлия и карбида кремния, оставляет желать лучшего. Атомы оказываются несовместимыми друг с другом, что приводит к выходу транзистора из строя. Эта проблема была решена в ходе исследований, которые впоследствии привели к созданию коммерческого решения, в котором между двумя слоями был помещен еще более тонкий слой нитрида алюминия.
Инженеры компании SweGaN случайно заметили, что их транзисторы могут выдерживать значительно более высокие значения напряженности поля, чем они ожидали, и поначалу не могли понять, почему. Ответ можно найти на атомном уровне — в нескольких критически важных промежуточных поверхностях внутри компонентов.
Исследователи из Университета Линкольна и компании SweGaN под руководством Ларса Хультмана и Цзюня Лу из того же университета представили в журнале Applied Physics Letters объяснение этого явления и описали метод изготовления транзисторов с еще большей способностью выдерживать высокие напряжения.
Ученые обнаружили ранее неизвестный механизм эпитаксиального роста, который они назвали «трансморфным эпитаксиальным ростом». Он приводит к постепенному поглощению напряжения между различными слоями на уровне нескольких слоев атомов. Это означает, что они могут выращивать два слоя, нитрид галлия и нитрид алюминия, на карбиде кремния таким образом, чтобы контролировать на атомном уровне взаимосвязь слоев в материале. В лабораторных условиях они показали, что материал выдерживает высокие напряжения, до 1800 В. Если бы такое напряжение было приложено к классическому компоненту на основе кремния, возникли бы искры, и транзистор был бы разрушен.
«Мы поздравляем компанию SweGaN с началом вывода изобретения на рынок. Это демонстрирует эффективное сотрудничество и использование результатов исследований в обществе. Благодаря тесному контакту с нашими бывшими коллегами, которые сейчас работают в компании, наши исследования быстро оказывают влияние и за пределами академического мира», — говорит Ларс Хультман.
Материалы предоставлены Линчёпингским университетом. Оригинальный текст написан Моникой Вестман Свенселиус. Примечание: содержание может быть отредактировано для улучшения стиля и сокращения объема.
Получайте самые свежие научные новости с помощью бесплатных электронных рассылок ScienceDaily, обновляемых ежедневно и еженедельно. Или просматривайте ежечасно обновляемые новостные ленты в вашем RSS-ридере:
Поделитесь своим мнением о ScienceDaily — мы приветствуем как положительные, так и отрицательные комментарии. Возникли проблемы с использованием сайта? Есть вопросы?
Дата публикации: 11 мая 2020 г.