Nová metóda spájania vrstiev polovodičov s hrúbkou len niekoľko nanometrov viedla nielen k vedeckému objavu, ale aj k novému typu tranzistora pre vysokovýkonné elektronické zariadenia. Výsledok, publikovaný v časopise Applied Physics Letters, vzbudil obrovský záujem.
Tento úspech je výsledkom úzkej spolupráce medzi vedcami z Linköpingskej univerzity a spoločnosťou SweGaN, ktorá vznikla z výskumu materiálových vied na LiU. Spoločnosť vyrába elektronické súčiastky na mieru z nitridu gália.
Nitrid gália, GaN, je polovodič používaný na výrobu účinných diód emitujúcich svetlo. Môže však byť užitočný aj v iných aplikáciách, ako sú tranzistory, pretože odoláva vyšším teplotám a prúdovým silám ako mnohé iné polovodiče. To sú dôležité vlastnosti pre budúce elektronické súčiastky, a to najmä pre tie, ktoré sa používajú v elektrických vozidlách.
Para nitridu gália sa nechá kondenzovať na doštičke karbidu kremíka, čím sa vytvorí tenký povlak. Metóda, pri ktorej sa jeden kryštalický materiál pestuje na substráte iného, sa nazýva „epitaxia“. Táto metóda sa často používa v polovodičovom priemysle, pretože poskytuje veľkú slobodu pri určovaní kryštálovej štruktúry aj chemického zloženia vytvoreného nanometrového filmu.
Kombinácia nitridu gália (GaN) a karbidu kremíka (SiC) (oba materiály odolávajú silným elektrickým poliam) zaisťuje, že obvody sú vhodné pre aplikácie, v ktorých sú potrebné vysoké výkony.
Povrchová zhoda medzi dvoma kryštalickými materiálmi, nitridom gália a karbidom kremíka, je však slabá. Atómy sa nakoniec navzájom nezhodujú, čo vedie k poruche tranzistora. Tento problém sa riešil výskumom, ktorý následne viedol ku komerčnému riešeniu, v ktorom bola medzi tieto dve vrstvy umiestnená ešte tenšia vrstva nitridu hliníka.
Inžinieri v spoločnosti SweGaN si náhodou všimli, že ich tranzistory dokážu zvládnuť výrazne vyššie intenzity poľa, než očakávali, a spočiatku nechápali prečo. Odpoveď možno nájsť na atómovej úrovni – v niekoľkých kritických medziľahlých povrchoch vo vnútri súčiastok.
Výskumníci z LiU a SweGaN, vedení Larsom Hultmanom a Jun Luom z LiU, prezentujú v časopise Applied Physics Letters vysvetlenie tohto javu a opisujú metódu výroby tranzistorov s ešte väčšou schopnosťou odolávať vysokému napätiu.
Vedci objavili doteraz neznámy mechanizmus epitaxného rastu, ktorý nazvali „transmorfný epitaxný rast“. Spôsobuje, že napätie medzi rôznymi vrstvami sa postupne absorbuje cez niekoľko vrstiev atómov. To znamená, že dokážu pestovať dve vrstvy, nitrid gália a nitrid hliníka, na karbide kremíka tak, aby na atómovej úrovni kontrolovali, ako sú vrstvy v materiáli navzájom prepojené. V laboratóriu preukázali, že materiál odoláva vysokému napätiu až do 1800 V. Ak by sa takéto napätie priviedlo na klasickú súčiastku na báze kremíka, začali by lietať iskry a tranzistor by sa zničil.
„Gratulujeme spoločnosti SweGaN k tomu, že začína s uvádzaním vynálezu na trh. Ukazuje to efektívnu spoluprácu a využitie výsledkov výskumu v spoločnosti. Vďaka úzkemu kontaktu, ktorý máme s našimi predchádzajúcimi kolegami, ktorí teraz pre spoločnosť pracujú, má náš výskum rýchly dopad aj mimo akademického sveta,“ hovorí Lars Hultman.
Materiály poskytla Univerzita v Linköpingu. Originál napísala Monica Westman Svenselius. Poznámka: Obsah môže byť upravený z hľadiska štýlu a dĺžky.
Získajte najnovšie vedecké správy s bezplatnými e-mailovými newslettermi ScienceDaily, ktoré sa aktualizujú denne a týždenne. Alebo si pozrite hodinovo aktualizované spravodajské kanály vo svojej čítačke RSS:
Povedzte nám, čo si myslíte o ScienceDaily – vítame pozitívne aj negatívne komentáre. Máte nejaké problémy s používaním stránky? Otázky?
Čas uverejnenia: 11. mája 2020