Nova metoda za spajanje plasti polprevodnikov, tankih le nekaj nanometrov, ni privedla le do znanstvenega odkritja, temveč tudi do nove vrste tranzistorja za visokozmogljive elektronske naprave. Rezultat, objavljen v reviji Applied Physics Letters, je vzbudil veliko zanimanje.
Dosežek je rezultat tesnega sodelovanja med znanstveniki na Univerzi v Linköpingu in SweGaN, podjetjem, ki je nastalo iz raziskav materialov na LiU. Podjetje izdeluje elektronske komponente po meri iz galijevega nitrida.
Galijev nitrid, GaN, je polprevodnik, ki se uporablja za učinkovite svetleče diode. Lahko pa je uporaben tudi v drugih aplikacijah, kot so tranzistorji, saj lahko prenese višje temperature in jakosti toka kot mnogi drugi polprevodniki. To so pomembne lastnosti za prihodnje elektronske komponente, zlasti tiste, ki se uporabljajo v električnih vozilih.
Para galijevega nitrida se kondenzira na rezini silicijevega karbida in tvori tanko prevleko. Metoda, pri kateri en kristalni material raste na substratu drugega, je znana kot "epitaksija". Metoda se pogosto uporablja v polprevodniški industriji, saj zagotavlja veliko svobodo pri določanju tako kristalne strukture kot kemične sestave nastalega nanometrskega filma.
Kombinacija galijevega nitrida, GaN, in silicijevega karbida, SiC (ki sta oba odporna na močna električna polja) zagotavlja, da so vezja primerna za aplikacije, kjer so potrebne velike moči.
Vendar pa je površinsko ujemanje med dvema kristalnima materialoma, galijevim nitridom in silicijevim karbidom, slabo. Atomi se na koncu ne ujemajo med seboj, kar vodi v okvaro tranzistorja. To so odpravile raziskave, ki so nato privedle do komercialne rešitve, pri kateri je bila med obema plastema nameščena še tanjša plast aluminijevega nitrida.
Inženirji pri SweGaN so po naključju opazili, da se njihovi tranzistorji lahko spopadejo z bistveno višjimi poljskimi jakostmi, kot so pričakovali, in sprva niso mogli razumeti, zakaj. Odgovor je mogoče najti na atomski ravni – v nekaj kritičnih vmesnih površinah znotraj komponent.
Raziskovalci na univerzah LiU in SweGaN, ki jih vodita Lars Hultman in Jun Lu z univerze LiU, v reviji Applied Physics Letters predstavljajo razlago pojava in opisujejo metodo za izdelavo tranzistorjev, ki bi še bolj vzdržali visoke napetosti.
Znanstveniki so odkrili doslej neznan mehanizem epitaksialne rasti, ki so ga poimenovali »transmorfna epitaksialna rast«. Povzroči, da se napetost med različnimi plastmi postopoma absorbira čez nekaj plasti atomov. To pomeni, da lahko na silicijevem karbidu vzgojijo obe plasti, galijev nitrid in aluminijev nitrid, tako da na atomski ravni nadzorujejo, kako so plasti med seboj povezane v materialu. V laboratoriju so pokazali, da material prenese visoke napetosti, do 1800 V. Če bi takšno napetost pripeljali na klasično komponento na osnovi silicija, bi začele leteti iskre in tranzistor bi se uničil.
»Čestitamo podjetju SweGaN, saj začenjajo tržiti izum. To kaže na učinkovito sodelovanje in uporabo rezultatov raziskav v družbi. Zaradi tesnih stikov, ki jih imamo z našimi prejšnjimi kolegi, ki zdaj delajo za podjetje, imajo naše raziskave hiter vpliv tudi zunaj akademskega sveta,« pravi Lars Hultman.
Gradivo je zagotovila Univerza v Linköpingu. Izvirnik je napisala Monica Westman Svenselius. Opomba: Vsebina se lahko spremeni glede sloga in dolžine.
Najnovejše znanstvene novice dobite z brezplačnimi e-poštnimi glasili ScienceDaily, ki se posodabljajo dnevno in tedensko. Ali pa si oglejte novice, ki se posodabljajo vsako uro, v svojem bralniku RSS:
Povejte nam, kaj menite o ScienceDaily – veseli smo tako pozitivnih kot negativnih komentarjev. Imate kakršne koli težave z uporabo spletnega mesta? Imate vprašanja?
Čas objave: 11. maj 2020