Birkaç nanometre kadar ince yarı iletken katmanlarını bir araya getirmenin yeni bir yöntemi, yalnızca bilimsel bir keşfe değil, aynı zamanda yüksek güçlü elektronik cihazlar için yeni bir transistör türüne de yol açtı. Applied Physics Letters'da yayınlanan bu sonuç, büyük ilgi uyandırdı.
Bu başarı, Linköping Üniversitesi'ndeki bilim insanları ile LiU'daki malzeme bilimi araştırmalarından doğan bir yan kuruluş olan SweGaN arasındaki yakın işbirliğinin sonucudur. Şirket, galyum nitrürden özel elektronik bileşenler üretmektedir.
Galyum nitrür (GaN), verimli ışık yayan diyotlar için kullanılan bir yarı iletkendir. Bununla birlikte, birçok diğer yarı iletkene göre daha yüksek sıcaklıklara ve akım şiddetlerine dayanabildiği için transistörler gibi diğer uygulamalarda da faydalı olabilir. Bunlar, özellikle elektrikli araçlarda kullanılanlar olmak üzere, geleceğin elektronik bileşenleri için önemli özelliklerdir.
Galyum nitrür buharının silisyum karbür bir levha üzerine yoğunlaşmasına izin verilerek ince bir kaplama oluşturulur. Bir kristal malzemenin başka bir kristal alt tabaka üzerinde büyütülmesi yöntemine "epitaksi" denir. Bu yöntem, oluşan nanometre filmin hem kristal yapısını hem de kimyasal bileşimini belirlemede büyük bir özgürlük sağladığı için genellikle yarı iletken endüstrisinde kullanılır.
Güçlü elektrik alanlarına dayanabilen galyum nitrür (GaN) ve silisyum karbür (SiC) kombinasyonu, devrelerin yüksek güç gerektiren uygulamalar için uygun olmasını sağlar.
Ancak, galyum nitrür ve silisyum karbür olmak üzere iki kristal malzeme arasındaki yüzey uyumu zayıftır. Atomlar birbirleriyle uyumsuz hale gelir ve bu da transistörün arızalanmasına yol açar. Bu sorun, daha sonra iki katman arasına daha ince bir alüminyum nitrür tabakası yerleştirilmesiyle ticari bir çözüme yol açan araştırmalarla ele alınmıştır.
SweGaN'deki mühendisler, transistörlerinin beklediklerinden çok daha yüksek alan şiddetlerine dayanabildiğini tesadüfen fark ettiler ve başlangıçta bunun nedenini anlayamadılar. Cevap, atomik düzeyde, bileşenlerin içindeki birkaç kritik ara yüzeyde bulunabilir.
LiU'dan Lars Hultman ve Jun Lu liderliğindeki LiU ve SweGaN araştırmacıları, Applied Physics Letters dergisinde bu olayın açıklamasını sunuyor ve yüksek voltajlara daha da dayanıklı transistörler üretme yöntemini tanımlıyor.
Bilim insanları, "transmorfik epitaksiyel büyüme" adını verdikleri, daha önce bilinmeyen bir epitaksiyel büyüme mekanizması keşfettiler. Bu mekanizma, farklı katmanlar arasındaki gerilimin, birkaç atom katmanı boyunca kademeli olarak emilmesine neden olur. Bu, galyum nitrür ve alüminyum nitrür olmak üzere iki katmanı, silisyum karbür üzerinde, katmanların malzemedeki birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunu atomik düzeyde kontrol edebilecekleri bir şekilde büyütebilecekleri anlamına gelir. Laboratuvarda, malzemenin 1800 V'a kadar yüksek voltajlara dayanabildiğini gösterdiler. Böyle bir voltaj klasik bir silisyum tabanlı bileşene uygulanırsa, kıvılcımlar çıkmaya başlar ve transistör tahrip olur.
“SweGaN’ın bu buluşu pazarlamaya başlamasından dolayı kendilerini tebrik ediyoruz. Bu, verimli bir iş birliğini ve araştırma sonuçlarının toplumda kullanımını gösteriyor. Şirkette çalışan eski meslektaşlarımızla olan yakın temasımız sayesinde, araştırmalarımız akademik dünyanın dışında da hızla etki yaratıyor,” diyor Lars Hultman.
Linköping Üniversitesi tarafından sağlanan materyaller. Orijinal metin Monica Westman Svenselius tarafından yazılmıştır. Not: İçerik, üslup ve uzunluk açısından düzenlenmiş olabilir.
ScienceDaily'nin günlük ve haftalık olarak güncellenen ücretsiz e-posta bültenleriyle en son bilim haberlerini alın. Veya RSS okuyucunuzda saatlik olarak güncellenen haber akışlarını görüntüleyin:
ScienceDaily hakkındaki düşüncelerinizi bizimle paylaşın — hem olumlu hem de olumsuz yorumları memnuniyetle karşılıyoruz. Siteyi kullanırken herhangi bir sorun mu yaşıyorsunuz? Sorularınız mı var?
Yayın tarihi: 11 Mayıs 2020