Новий метод з'єднання шарів напівпровідників товщиною всього кілька нанометрів призвів не лише до наукового відкриття, але й до створення нового типу транзистора для потужних електронних пристроїв. Результат, опублікований у журналі Applied Physics Letters, викликав величезний інтерес.
Це досягнення є результатом тісної співпраці між вченими Лінчепінзького університету та SweGaN, дочірньою компанією, що утворилася в результаті досліджень у галузі матеріалознавства в Ліу. Компанія виробляє електронні компоненти на замовлення з нітриду галію.
Нітрид галію, GaN, – це напівпровідник, який використовується для ефективних світлодіодів. Однак він також може бути корисним в інших застосуваннях, таких як транзистори, оскільки він може витримувати вищі температури та сили струму, ніж багато інших напівпровідників. Це важливі властивості для майбутніх електронних компонентів, не в останню чергу для тих, що використовуються в електромобілях.
Парам нітриду галію дозволяють конденсуватися на пластині карбіду кремнію, утворюючи тонке покриття. Метод, за якого один кристалічний матеріал вирощується на підкладці з іншого, відомий як «епітаксія». Цей метод часто використовується в напівпровідниковій промисловості, оскільки він забезпечує велику свободу у визначенні як кристалічної структури, так і хімічного складу утвореної нанометрової плівки.
Поєднання нітриду галію (GaN) та карбіду кремнію (SiC) (обидва матеріали можуть витримувати сильні електричні поля) гарантує придатність схем для застосувань, де потрібна висока потужність.
Однак поверхневе збігання двох кристалічних матеріалів, нітриду галію та карбіду кремнію, є поганим. Атоми в результаті виходять з-під контролю один з одним, що призводить до виходу з ладу транзистора. Це питання було вирішено за допомогою досліджень, які згодом призвели до комерційного рішення, в якому між двома шарами було розміщено ще тонший шар нітриду алюмінію.
Інженери SweGaN випадково помітили, що їхні транзистори можуть справлятися зі значно вищими значеннями напруженості поля, ніж вони очікували, і спочатку не могли зрозуміти, чому. Відповідь можна знайти на атомному рівні — у кількох критичних проміжних поверхнях всередині компонентів.
Дослідники з LiU та SweGaN під керівництвом Ларса Халтмана та Джуна Лу з LiU представили в журналі Applied Physics Letters пояснення цього явища та описали метод виготовлення транзисторів з ще більшою здатністю витримувати високі напруги.
Вчені виявили раніше невідомий механізм епітаксіального росту, який вони назвали «трансморфним епітаксіальним ростом». Він призводить до поступового поглинання напруги між різними шарами крізь кілька шарів атомів. Це означає, що вони можуть вирощувати два шари, нітрид галію та нітрид алюмінію, на карбіді кремнію таким чином, щоб контролювати на атомному рівні, як шари пов'язані один з одним у матеріалі. У лабораторії вони показали, що матеріал витримує високу напругу, до 1800 В. Якби таку напругу було поміщено на класичний кремнієвий компонент, почали б летіти іскри, і транзистор був би зруйнований.
«Ми вітаємо SweGaN з початком просування винаходу на ринок. Це демонструє ефективну співпрацю та використання результатів досліджень у суспільстві. Завдяки тісним контактам, які ми маємо з нашими колишніми колегами, які зараз працюють у компанії, наші дослідження швидко мають вплив і за межами академічного світу», — каже Ларс Халтман.
Матеріали надано Лінчепінзьким університетом. Оригінал написаний Монікою Вестман Свенселіус. Примітка: Зміст може бути відредагований з точки зору стилю та довжини.
Отримуйте останні наукові новини за допомогою безкоштовних електронних розсилок ScienceDaily, які оновлюються щодня та щотижня. Або переглядайте стрічки новин, що оновлюються щогодини, у вашій RSS-читалці:
Поділіться своєю думкою про ScienceDaily — ми раді як позитивним, так і негативним коментарям. Маєте проблеми з використанням сайту? Запитання?
Час публікації: 11 травня 2020 р.