Нов метод за свързване на слоеве от полупроводници с дебелина няколко нанометра доведе не само до научно откритие, но и до нов тип транзистор за електронни устройства с висока мощност. Резултатът, публикуван в Applied Physics Letters, предизвика огромен интерес.
Постижението е резултат от тясно сътрудничество между учени от университета Линчопинг и SweGaN, отделна компания от изследванията в областта на науката за материалите в LiU. Компанията произвежда специални електронни компоненти от галиев нитрид.
Галиевият нитрид, GaN, е полупроводник, използван за ефективни светодиоди. Може обаче да бъде полезен и в други приложения, като транзистори, тъй като може да издържи на по-високи температури и сила на тока от много други полупроводници. Това са важни свойства за бъдещите електронни компоненти, не на последно място за тези, използвани в електрически превозни средства.
Парите от галиев нитрид се оставят да кондензират върху пластина от силициев карбид, образувайки тънко покритие. Методът, при който един кристален материал се отглежда върху субстрат на друг, е известен като "епитаксия". Методът често се използва в полупроводниковата индустрия, тъй като предоставя голяма свобода при определяне както на кристалната структура, така и на химическия състав на образувания нанометров филм.
Комбинацията от галиев нитрид, GaN и силициев карбид, SiC (и двата могат да издържат на силни електрически полета), гарантира, че веригите са подходящи за приложения, при които са необходими високи мощности.
Прилягането на повърхността между двата кристални материала, галиев нитрид и силициев карбид, обаче е лошо. Атомите в крайна сметка не съответстват един на друг, което води до повреда на транзистора. Това беше разгледано чрез изследване, което впоследствие доведе до търговско решение, при което между двата слоя беше поставен още по-тънък слой алуминиев нитрид.
Инженерите от SweGaN случайно забелязаха, че техните транзистори могат да се справят със значително по-висока сила на полето, отколкото очакваха, и първоначално не можаха да разберат защо. Отговорът може да бъде намерен на атомно ниво - в няколко критични междинни повърхности вътре в компонентите.
Изследователи от LiU и SweGaN, водени от Ларс Хълтман и Джун Лу от LiU, представят в Applied Physics Letters обяснение на феномена и описват метод за производство на транзистори с още по-голяма способност да издържат на високо напрежение.
Учените са открили неизвестен досега механизъм за епитаксиален растеж, който са нарекли „трансморфен епитаксиален растеж“. Това кара напрежението между различните слоеве да се абсорбира постепенно през няколко слоя от атоми. Това означава, че те могат да отглеждат двата слоя, галиев нитрид и алуминиев нитрид, върху силициев карбид по начин, така че да контролират на атомно ниво как слоевете са свързани един с друг в материала. В лабораторията те са показали, че материалът издържа на високи напрежения, до 1800 V. Ако такова напрежение се постави върху класически базиран на силиций компонент, ще започнат да хвърчат искри и транзисторът ще бъде унищожен.
„Поздравяваме SweGaN, когато започват да пускат на пазара изобретението. Това показва ефективно сътрудничество и използване на резултатите от изследванията в обществото. Благодарение на тесния контакт, който имаме с нашите предишни колеги, които сега работят за компанията, нашите изследвания бързо оказват влияние и извън академичния свят“, казва Ларс Хултман.
Материали, предоставени от Linköping University. Оригинал, написан от Моника Уестман Свенселиус. Забележка: Съдържанието може да бъде редактирано за стил и дължина.
Получавайте най-новите научни новини с безплатните имейл бюлетини на ScienceDaily, актуализирани ежедневно и ежеседмично. Или преглеждайте ежечасно актуализирани новинарски емисии във вашия RSS четец:
Кажете ни какво мислите за ScienceDaily — приветстваме както положителните, така и отрицателните коментари. Имате ли проблеми с използването на сайта? въпроси?
Време на публикуване: 11 май 2020 г