Nova metoda spajanja slojeva poluvodiča tankih od nekoliko nanometara rezultirala je ne samo naučnim otkrićem već i novom vrstom tranzistora za elektronske uređaje velike snage. Rezultat, objavljen u Applied Physics Letters, izazvao je veliko interesovanje.
Postignuće je rezultat bliske saradnje između naučnika sa Univerziteta Linköping i SweGaN, spin-off kompanije iz istraživanja o materijalima na LiU. Kompanija proizvodi elektronske komponente po meri od galijum nitrida.
Galijev nitrid, GaN, je poluvodič koji se koristi za efikasne diode koje emituju svjetlost. Međutim, može biti koristan i u drugim aplikacijama, kao što su tranzistori, jer može izdržati veće temperature i jačinu struje od mnogih drugih poluvodiča. Ovo su važna svojstva za buduće elektronske komponente, ne samo one koje se koriste u električnim vozilima.
Para galijum nitrida se kondenzuje na pločici od silicijum karbida, formirajući tanku prevlaku. Metoda u kojoj se jedan kristalni materijal uzgaja na supstratu drugog poznata je kao "epitaksija". Metoda se često koristi u industriji poluprovodnika jer pruža veliku slobodu u određivanju i kristalne strukture i hemijskog sastava formiranog nanometarskog filma.
Kombinacija galijum nitrida, GaN i silicijum karbida, SiC (oba mogu izdržati jaka električna polja), osigurava da su kola pogodna za aplikacije u kojima su potrebne velike snage.
Međutim, spoj na površini između dva kristalna materijala, galijum nitrida i silicijum karbida, je loš. Atomi se međusobno ne poklapaju, što dovodi do kvara tranzistora. Ovo je riješeno istraživanjem, koje je kasnije dovelo do komercijalnog rješenja, u kojem je između dva sloja stavljen još tanji sloj aluminij nitrida.
Inženjeri u SweGaN-u su slučajno primijetili da se njihovi tranzistori mogu nositi sa znatno većom jačinom polja nego što su očekivali, a u početku nisu mogli razumjeti zašto. Odgovor se može pronaći na atomskom nivou — u nekoliko kritičnih međupovršina unutar komponenti.
Istraživači na LiU i SweGaN-u, predvođeni Larsom Hultmanom i Jun Luom iz LiU-a, predstavljaju u Applied Physics Letters objašnjenje ovog fenomena i opisuju metodu za proizvodnju tranzistora sa još većom sposobnošću da izdrže visoke napone.
Naučnici su otkrili ranije nepoznat mehanizam epitaksijalnog rasta koji su nazvali "transmorfni epitaksijalni rast". To uzrokuje da se naprezanje između različitih slojeva postepeno apsorbira kroz nekoliko slojeva atoma. To znači da oni mogu uzgajati dva sloja, galijum nitrid i aluminijum nitrid, na silicijum karbidu na način da kontrolišu na atomskom nivou kako su slojevi međusobno povezani u materijalu. U laboratoriji su pokazali da materijal podnosi visoke napone, do 1800 V. Ako bi se takav napon stavio na klasičnu komponentu baziranu na silicijumu, počele bi letjeti varnice i tranzistor bi se uništio.
„Čestitamo SweGaN-u kada su počeli da prodaju izum. Pokazuje efikasnu saradnju i korištenje rezultata istraživanja u društvu. Zbog bliskog kontakta koji imamo s našim prethodnim kolegama koji sada rade za kompaniju, naše istraživanje brzo ima utjecaj i izvan akademskog svijeta,” kaže Lars Hultman.
Materijale obezbedio Univerzitet Linkoping. Original napisala Monica Westman Svenselius. Napomena: Sadržaj se može uređivati za stil i dužinu.
Dobijte najnovije vijesti iz nauke uz besplatne biltene e-pošte ScienceDaily, koji se ažuriraju svakodnevno i sedmično. Ili pogledajte svaki sat ažurirane vijesti u vašem RSS čitaču:
Recite nam šta mislite o ScienceDaily-u - pozdravljamo i pozitivne i negativne komentare. Imate li problema s korištenjem stranice? Pitanja?
Vrijeme objave: maj-11-2020