Un nou mètode per encaixar capes de semiconductors tan fines com uns pocs nanòmetres ha donat com a resultat no només un descobriment científic, sinó també un nou tipus de transistor per a dispositius electrònics d'alta potència. El resultat, publicat a Applied Physics Letters, ha despertat un gran interès.
L'assoliment és el resultat d'una estreta col·laboració entre científics de la Universitat de Linköping i SweGaN, una empresa derivada de la investigació en ciències dels materials a LiU. L'empresa fabrica components electrònics a mida a partir de nitrur de gal·li.
El nitrur de gal·li, GaN, és un semiconductor utilitzat per a díodes emissors de llum eficients. Tanmateix, també pot ser útil en altres aplicacions, com els transistors, ja que pot suportar temperatures i intensitats de corrent més altes que molts altres semiconductors. Aquestes són propietats importants per als components electrònics futurs, sobretot per als que s'utilitzen en vehicles elèctrics.
Es deixa que el vapor de nitrur de gal·li es condense sobre una hòstia de carbur de silici, formant una fina capa. El mètode en què un material cristal·lí es cultiva sobre un substrat d'un altre es coneix com "epitaxia". El mètode s'utilitza sovint a la indústria dels semiconductors, ja que proporciona una gran llibertat per determinar tant l'estructura cristal·lina com la composició química de la pel·lícula nanomètrica formada.
La combinació de nitrur de gal·li, GaN i carbur de silici, SiC (tots dos poden suportar forts camps elèctrics), garanteix que els circuits siguin adequats per a aplicacions en què es necessiten altes potències.
L'ajust a la superfície entre els dos materials cristal·lins, nitrur de gal·li i carbur de silici, és, però, pobre. Els àtoms acaben no coincidint entre si, la qual cosa condueix a la fallada del transistor. Això ha estat abordat per la investigació, que posteriorment va donar lloc a una solució comercial, en la qual es col·locava una capa encara més fina de nitrur d'alumini entre les dues capes.
Els enginyers de SweGaN es van adonar per casualitat que els seus transistors podien fer front a intensitats de camp significativament més altes del que havien esperat, i inicialment no van poder entendre per què. La resposta es pot trobar a nivell atòmic, en un parell de superfícies intermèdies crítiques dins dels components.
Investigadors de LiU i SweGaN, liderats per Lars Hultman i Jun Lu de LiU, presenten a Applied Physics Letters una explicació del fenomen i descriuen un mètode per fabricar transistors amb una capacitat encara més gran de suportar altes tensions.
Els científics han descobert un mecanisme de creixement epitaxial desconegut anteriorment que han anomenat "creixement epitaxial transmòrfic". Fa que la tensió entre les diferents capes s'absorbeixi gradualment a través d'un parell de capes d'àtoms. Això vol dir que poden fer créixer les dues capes, nitrur de gal·li i nitrur d'alumini, sobre carbur de silici d'una manera per controlar a nivell atòmic com es relacionen les capes entre si en el material. Al laboratori han demostrat que el material suporta altes tensions, fins a 1800 V. Si es col·loqués aquesta tensió a través d'un component clàssic basat en silici, començarien a volar espurnes i el transistor es destruiria.
"Felicitem SweGaN quan comencen a comercialitzar l'invent. Mostra una col·laboració eficient i la utilització dels resultats de la recerca a la societat. A causa de l'estret contacte que tenim amb els nostres col·legues anteriors que ara treballen per a l'empresa, la nostra investigació té un impacte ràpidament també fora del món acadèmic", diu Lars Hultman.
Materials proporcionats per la Universitat de Linköping. Original escrit per Monica Westman Svenselius. Nota: el contingut es pot editar per estil i longitud.
Rep les últimes notícies de ciència amb els butlletins de correu electrònic gratuïts de ScienceDaily, actualitzats diàriament i setmanalment. O visualitzeu els canals de notícies actualitzats cada hora al vostre lector RSS:
Digueu-nos què en penseu de ScienceDaily: donem la benvinguda als comentaris positius i negatius. Teniu problemes per utilitzar el lloc? Preguntes?
Hora de publicació: 11-maig-2020