วิธีการใหม่ในการประกอบชั้นของสารกึ่งตัวนำที่มีความบางเพียงไม่กี่นาโนเมตร ส่งผลให้เกิดการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญ และยังได้พัฒนาทรานซิสเตอร์ชนิดใหม่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงอีกด้วย ผลการวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Applied Physics Letters และได้รับความสนใจอย่างมาก
ความสำเร็จนี้เป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดระหว่างนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Linköping และ SweGaN บริษัทที่แยกตัวออกมาจากงานวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ของมหาวิทยาลัย LiU บริษัทนี้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับแต่งได้ตามความต้องการจากแกลเลียมไนไตรด์
แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) เป็นสารกึ่งตัวนำที่ใช้ในการผลิตไดโอดเปล่งแสงที่มีประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม มันอาจมีประโยชน์ในงานอื่นๆ เช่น ทรานซิสเตอร์ เนื่องจากสามารถทนต่ออุณหภูมิและกระแสไฟฟ้าได้สูงกว่าสารกึ่งตัวนำอื่นๆ หลายชนิด คุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า
ไอระเหยของแกลเลียมไนไตรด์จะถูกปล่อยให้ควบแน่นบนแผ่นเวเฟอร์ของซิลิคอนคาร์ไบด์ ทำให้เกิดการเคลือบเป็นชั้นบางๆ วิธีการปลูกวัสดุผลึกชนิดหนึ่งบนพื้นผิวของวัสดุผลึกอีกชนิดหนึ่งเรียกว่า "เอพิแท็กซี" วิธีนี้มักใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากให้ความอิสระอย่างมากในการกำหนดทั้งโครงสร้างผลึกและองค์ประกอบทางเคมีของฟิล์มนาโนเมตรที่เกิดขึ้น
การผสมผสานระหว่างแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) (ซึ่งทั้งสองชนิดสามารถทนต่อสนามไฟฟ้าแรงสูงได้) ทำให้วงจรเหล่านี้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต้องการกำลังไฟฟ้าสูง
อย่างไรก็ตาม การประกบกันที่พื้นผิวระหว่างวัสดุผลึกสองชนิด ได้แก่ แกลเลียมไนไตรด์และซิลิคอนคาร์ไบด์นั้นไม่ดี อะตอมจึงไม่เข้ากัน ทำให้ทรานซิสเตอร์ทำงานล้มเหลว ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยงานวิจัย ซึ่งต่อมาได้นำไปสู่โซลูชันเชิงพาณิชย์ โดยการวางชั้นอะลูมิเนียมไนไตรด์ที่บางกว่าไว้ระหว่างสองชั้น
วิศวกรของ SweGaN สังเกตเห็นโดยบังเอิญว่าทรานซิสเตอร์ของพวกเขาสามารถรับมือกับความแรงของสนามไฟฟ้าได้สูงกว่าที่คาดไว้มาก และในตอนแรกพวกเขาไม่เข้าใจว่าทำไม คำตอบสามารถพบได้ในระดับอะตอม — ในพื้นผิวระดับกลางที่สำคัญสองสามแห่งภายในส่วนประกอบเหล่านั้น
นักวิจัยจาก LiU และ SweGaN นำโดย Lars Hultman และ Jun Lu จาก LiU ได้นำเสนอคำอธิบายเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ในวารสาร Applied Physics Letters และอธิบายวิธีการผลิตทรานซิสเตอร์ที่มีความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงได้มากยิ่งขึ้น
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบกลไกการเจริญเติบโตแบบเอพิเท็กเซียลที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน ซึ่งพวกเขาตั้งชื่อว่า “การเจริญเติบโตแบบเอพิเท็กเซียลแบบทรานส์มอร์ฟิก” กลไกนี้ทำให้ความเครียดระหว่างชั้นต่างๆ ค่อยๆ ถูกดูดซับไปทีละน้อยผ่านอะตอมสองสามชั้น ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถสร้างชั้นแกลเลียมไนไตรด์และอะลูมิเนียมไนไตรด์สองชั้นบนซิลิคอนคาร์ไบด์ได้ในลักษณะที่สามารถควบคุมความสัมพันธ์ระหว่างชั้นต่างๆ ในวัสดุได้ในระดับอะตอม ในห้องปฏิบัติการ พวกเขาได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุนี้ทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงได้ถึง 1800 โวลต์ หากใช้แรงดันไฟฟ้าดังกล่าวกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากซิลิคอนแบบดั้งเดิม จะเกิดประกายไฟและทรานซิสเตอร์จะเสียหาย
“เราขอแสดงความยินดีกับ SweGaN ที่เริ่มนำสิ่งประดิษฐ์นี้ออกสู่ตลาด แสดงให้เห็นถึงความร่วมมือที่มีประสิทธิภาพและการนำผลการวิจัยไปใช้ในสังคม ด้วยความสัมพันธ์อันใกล้ชิดที่เรามีกับอดีตเพื่อนร่วมงานที่ปัจจุบันทำงานให้กับบริษัท การวิจัยของเราจึงส่งผลกระทบอย่างรวดเร็วทั้งในและนอกแวดวงวิชาการ” ลาร์ส ฮุลท์แมน กล่าว
เอกสารนี้จัดทำโดยมหาวิทยาลัยลิงเคอปิง เขียนโดยโมนิกา เวสต์แมน สเวนเซลลิอุส หมายเหตุ: เนื้อหาอาจมีการแก้ไขเพื่อความเหมาะสมด้านรูปแบบและความยาว
รับข่าวสารวิทยาศาสตร์ล่าสุดได้ฟรีจาก ScienceDaily ผ่านจดหมายข่าวทางอีเมล ซึ่งอัปเดตทุกวันและทุกสัปดาห์ หรือดูข่าวสารที่อัปเดตทุกชั่วโมงได้ในโปรแกรมอ่าน RSS ของคุณ:
บอกเราว่าคุณคิดอย่างไรเกี่ยวกับ ScienceDaily — เรายินดีรับฟังทั้งความคิดเห็นเชิงบวกและเชิงลบ มีปัญหาในการใช้งานเว็บไซต์หรือไม่? มีคำถามอะไรไหม?
วันที่โพสต์: 11 พฤษภาคม 2020