لم تسفر الطريقة الجديدة التي تجمع بين طبقات من أشباه الموصلات التي يصل سمكها إلى بضعة نانومترات عن اكتشاف علمي فحسب، بل أدت أيضًا إلى نوع جديد من الترانزستور للأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة. وقد أثارت النتيجة، التي نُشرت في مجلة Applied Physics Letters، اهتمامًا كبيرًا.
هذا الإنجاز هو نتيجة للتعاون الوثيق بين العلماء في جامعة لينشوبينغ وSweGaN، وهي شركة منبثقة عن أبحاث علوم المواد في جامعة ليو. تقوم الشركة بتصنيع مكونات إلكترونية مخصصة من نيتريد الغاليوم.
نيتريد الغاليوم، GaN، هو أحد أشباه الموصلات المستخدمة في الثنائيات الباعثة للضوء الفعالة. ومع ذلك، قد يكون مفيدًا أيضًا في تطبيقات أخرى، مثل الترانزستورات، نظرًا لأنه يمكنه تحمل درجات حرارة أعلى وقوة تيار أكثر من العديد من أشباه الموصلات الأخرى. وهذه خصائص مهمة للمكونات الإلكترونية المستقبلية، وليس أقلها تلك المستخدمة في السيارات الكهربائية.
يُسمح لبخار نيتريد الغاليوم بالتكثف على رقاقة من كربيد السيليكون، مكونًا طبقة رقيقة. تُعرف الطريقة التي يتم بها زراعة مادة بلورية واحدة على ركيزة مادة أخرى باسم "النفوق". تُستخدم هذه الطريقة غالبًا في صناعة أشباه الموصلات لأنها توفر حرية كبيرة في تحديد كل من التركيب البلوري والتركيب الكيميائي لفيلم النانومتر المتكون.
إن الجمع بين نيتريد الغاليوم، و GaN، وكربيد السيليكون، SiC (كلاهما يمكن أن يتحمل المجالات الكهربائية القوية)، يضمن أن الدوائر مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوى عالية.
ومع ذلك، فإن التوافق على السطح بين المادتين البلوريتين، نيتريد الغاليوم وكربيد السيليكون، ضعيف. وينتهي الأمر بالذرات غير متطابقة مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى فشل الترانزستور. تمت معالجة هذه المشكلة من خلال البحث، مما أدى لاحقًا إلى حل تجاري، حيث تم وضع طبقة أرق من نيتريد الألومنيوم بين الطبقتين.
لاحظ المهندسون في SweGaN بالصدفة أن ترانزستوراتهم قادرة على التعامل مع قوى مجال أعلى بكثير مما توقعوا، ولم يتمكنوا في البداية من فهم السبب. يمكن العثور على الإجابة على المستوى الذري، في اثنين من الأسطح الوسيطة المهمة داخل المكونات.
قدم الباحثون في LiU وSweGaN، بقيادة لارس هولتمان وجون لو من LiU، شرحًا لهذه الظاهرة في رسائل الفيزياء التطبيقية، ووصفوا طريقة لتصنيع الترانزستورات ذات قدرة أكبر على تحمل الفولتية العالية.
اكتشف العلماء آلية نمو فوقي غير معروفة سابقًا أطلقوا عليها اسم "النمو الفوقي المتحول". إنه يتسبب في امتصاص الضغط بين الطبقات المختلفة تدريجيًا عبر طبقتين من الذرات. وهذا يعني أنه يمكنهم زراعة الطبقتين، نيتريد الغاليوم ونيتريد الألومنيوم، على كربيد السيليكون بطريقة تمكنهم من التحكم على المستوى الذري في كيفية ارتباط الطبقات ببعضها البعض في المادة. لقد أظهروا في المختبر أن المادة تتحمل جهدًا كهربائيًا عاليًا يصل إلى 1800 فولت. وإذا تم وضع مثل هذا الجهد عبر مكون كلاسيكي قائم على السيليكون، فسوف يبدأ الشرر في التطاير وسيتم تدمير الترانزستور.
"نهنئ SweGaN عندما بدأوا في تسويق الاختراع. ويظهر التعاون الفعال والاستفادة من نتائج البحوث في المجتمع. يقول لارس هولتمان: "نظرًا للاتصال الوثيق بيننا وبين زملائنا السابقين الذين يعملون الآن في الشركة، فإن أبحاثنا لها تأثير سريع أيضًا خارج العالم الأكاديمي".
المواد المقدمة من جامعة لينكوبينج. الأصل كتبه مونيكا ويستمان سفينسيليوس. ملحوظة: يمكن تحرير المحتوى حسب الأسلوب والطول.
احصل على آخر أخبار العلوم من خلال النشرات الإخبارية المجانية عبر البريد الإلكتروني لـ ScienceDaily، والتي يتم تحديثها يوميًا وأسبوعيًا. أو قم بعرض ملفات الأخبار المحدثة كل ساعة في قارئ RSS الخاص بك:
أخبرنا برأيك في ScienceDaily - فنحن نرحب بالتعليقات الإيجابية والسلبية. هل لديك أي مشاكل في استخدام الموقع؟ أسئلة؟
وقت النشر: 11 مايو 2020