Bagong pamamaraan ay nagbibigay ng matatag na transistors: Transmorphic epitaxial growth ng AlN nucleation layers sa SiC substrates para sa high-breakdown thin GaN transistors

Isang bagong paraan upang pagdugtungin ang mga patong ng semiconductor na kasingnipis ng ilang nanometro ang nagresulta hindi lamang sa isang siyentipikong pagtuklas kundi pati na rin sa isang bagong uri ng transistor para sa mga high-power electronic device. Ang resulta, na inilathala sa Applied Physics Letters, ay pumukaw ng malaking interes.

Ang tagumpay na ito ay resulta ng malapit na pakikipagtulungan sa pagitan ng mga siyentipiko sa Linköping University at SweGaN, isang spin-off na kumpanya mula sa pananaliksik sa agham ng materyales sa LiU. Ang kumpanya ay gumagawa ng mga pinasadyang elektronikong bahagi mula sa gallium nitride.

Ang Gallium nitride, GaN, ay isang semiconductor na ginagamit para sa mahusay na light-emitting diode. Gayunpaman, maaari rin itong maging kapaki-pakinabang sa iba pang mga aplikasyon, tulad ng mga transistor, dahil kaya nitong tiisin ang mas mataas na temperatura at lakas ng kuryente kaysa sa maraming iba pang semiconductor. Ito ay mahahalagang katangian para sa mga elektronikong bahagi sa hinaharap, lalo na para sa mga ginagamit sa mga de-kuryenteng sasakyan.

Ang singaw ng gallium nitride ay hinahayaang mamuo sa isang wafer ng silicon carbide, na bumubuo ng manipis na patong. Ang paraan kung saan ang isang mala-kristal na materyal ay pinatubo sa isang substrate ng isa pa ay kilala bilang "epitaxy." Ang paraan ay kadalasang ginagamit sa industriya ng semiconductor dahil nagbibigay ito ng malaking kalayaan sa pagtukoy ng parehong istruktura ng kristal at ang kemikal na komposisyon ng nanometer film na nabuo.

Ang kombinasyon ng gallium nitride, GaN, at silicon carbide, SiC (na parehong kayang tiisin ang malalakas na electric field), ay tinitiyak na ang mga sirkito ay angkop para sa mga aplikasyon kung saan kinakailangan ang matataas na kapangyarihan.

Gayunpaman, mahina ang pagkakatugma sa ibabaw sa pagitan ng dalawang mala-kristal na materyales, ang gallium nitride at silicon carbide. Ang mga atomo ay hindi magkatugma sa isa't isa, na humahantong sa pagkasira ng transistor. Natugunan ito ng pananaliksik, na kalaunan ay humantong sa isang komersyal na solusyon, kung saan isang mas manipis na patong ng aluminum nitride ang inilagay sa pagitan ng dalawang patong.

Napansin ng mga inhinyero sa SweGaN nang hindi sinasadya na ang kanilang mga transistor ay kayang humawak ng mas mataas na lakas ng field kaysa sa inaasahan nila, at hindi nila maintindihan kung bakit sa simula. Ang sagot ay matatagpuan sa antas ng atomiko — sa ilang kritikal na intermediate surface sa loob ng mga component.

Ang mga mananaliksik sa LiU at SweGaN, sa pangunguna nina Lars Hultman at Jun Lu ng LiU, ay naglahad sa Applied Physics Letters ng isang paliwanag tungkol sa kababalaghan, at naglalarawan ng isang paraan upang gumawa ng mga transistor na may mas malaking kakayahang makatiis sa mataas na boltahe.

Natuklasan ng mga siyentipiko ang isang dating hindi kilalang mekanismo ng epitaxial growth na tinawag nilang "transmorphic epitaxial growth." Nagiging sanhi ito ng unti-unting pagsipsip ng strain sa pagitan ng iba't ibang layer sa ilang layer ng mga atomo. Nangangahulugan ito na maaari nilang palaguin ang dalawang layer, gallium nitride at aluminum nitride, sa silicon carbide sa paraang makontrol sa antas ng atomiko kung paano nauugnay ang mga layer sa isa't isa sa materyal. Sa laboratoryo, ipinakita nila na ang materyal ay nakakayanan ang mataas na boltahe, hanggang 1800 V. Kung ang naturang boltahe ay ilalagay sa isang klasikong bahagi na nakabatay sa silicon, magsisimulang lumipad ang mga spark at masisira ang transistor.

“Binabati namin ang SweGaN habang sinisimulan nilang ibenta ang imbensyon. Ipinapakita nito ang mahusay na kolaborasyon at ang paggamit ng mga resulta ng pananaliksik sa lipunan. Dahil sa malapit na pakikipag-ugnayan namin sa aming mga dating kasamahan na ngayon ay nagtatrabaho para sa kumpanya, ang aming pananaliksik ay mabilis na nagkaroon ng epekto kahit sa labas ng akademikong mundo,” sabi ni Lars Hultman.

Ang mga materyales ay ibinigay ng Linköping University. Orihinal na isinulat ni Monica Westman Svenselius. Paalala: Maaaring baguhin ang nilalaman para sa estilo at haba.

Kunin ang pinakabagong balita sa agham gamit ang mga libreng email newsletter ng ScienceDaily, na ina-update araw-araw at lingguhan. O kaya naman ay tingnan ang mga oras-oras na ina-update na newsfeed sa iyong RSS reader:

Sabihin sa amin ang iyong palagay tungkol sa ScienceDaily — tinatanggap namin ang parehong positibo at negatibong mga komento. Mayroon ka bang anumang problema sa paggamit ng site? May mga tanong?