Nová metoda spojování vrstev polovodičů tenkých několik nanometrů vedla nejen k vědeckému objevu, ale také k novému typu tranzistoru pro výkonná elektronická zařízení. Výsledek, publikovaný v Applied Physics Letters, vzbudil obrovský zájem.
Úspěch je výsledkem úzké spolupráce mezi vědci z Linköping University a SweGaN, vedlejší společností z výzkumu materiálových věd na LiU. Společnost vyrábí elektronické součástky na míru z nitridu galia.
Gallium nitrid, GaN, je polovodič používaný pro účinné světelné diody. Může však být také užitečný v jiných aplikacích, jako jsou tranzistory, protože snese vyšší teploty a proudové síly než mnoho jiných polovodičů. To jsou důležité vlastnosti pro budoucí elektronické součástky, v neposlední řadě pro ty, které se používají v elektrických vozidlech.
Pára nitridu galia se nechá kondenzovat na plátku karbidu křemíku, čímž se vytvoří tenký povlak. Metoda, při které jeden krystalický materiál roste na substrátu jiného, se nazývá „epitaxie“. Tato metoda se často používá v polovodičovém průmyslu, protože poskytuje velkou volnost při určování jak krystalové struktury, tak chemického složení vytvořeného nanometrového filmu.
Kombinace nitridu galia, GaN a karbidu křemíku SiC (oba odolají silným elektrickým polím), zajišťuje, že obvody jsou vhodné pro aplikace, ve kterých jsou vyžadovány vysoké výkony.
Dosednutí na povrchu mezi dvěma krystalickými materiály, nitridem galia a karbidem křemíku, je však špatné. Atomy se nakonec vzájemně neshodují, což vede k poruše tranzistoru. To bylo řešeno výzkumem, který následně vedl ke komerčnímu řešení, ve kterém byla mezi dvě vrstvy umístěna ještě tenčí vrstva nitridu hliníku.
Inženýři ve společnosti SweGaN si náhodou všimli, že jejich tranzistory se dokážou vyrovnat s výrazně vyšší intenzitou pole, než očekávali, a zpočátku nemohli pochopit proč. Odpověď lze nalézt na atomové úrovni – v několika kritických mezilehlých plochách uvnitř součástí.
Výzkumníci z LiU a SweGaN, vedení Larsem Hultmanem a Jun Lu z LiU, prezentují v Applied Physics Letters vysvětlení tohoto jevu a popisují metodu výroby tranzistorů s ještě větší schopností odolávat vysokým napětím.
Vědci objevili dosud neznámý mechanismus epitaxního růstu, který nazvali „transmorfní epitaxní růst“. Způsobuje, že napětí mezi různými vrstvami je postupně absorbováno přes několik vrstev atomů. To znamená, že mohou pěstovat dvě vrstvy, nitrid galia a nitrid hliníku, na karbidu křemíku takovým způsobem, aby na atomární úrovni kontrolovali, jak jsou vrstvy v materiálu vzájemně propojeny. V laboratoři prokázali, že materiál odolává vysokému napětí, až 1800 V. Pokud by se takové napětí přivedlo přes klasickou součástku na bázi křemíku, začaly by létat jiskry a tranzistor by se zničil.
„Blahopřejeme společnosti SweGaN k zahájení prodeje vynálezu. Ukazuje efektivní spolupráci a využití výsledků výzkumu ve společnosti. Díky úzkému kontaktu s našimi předchozími kolegy, kteří nyní pro společnost pracují, má náš výzkum rychlý dopad i mimo akademický svět,“ říká Lars Hultman.
Materiály poskytnuté Linköping University. Originál napsal Monica Westman Svenselius. Poznámka: Obsah lze upravit z hlediska stylu a délky.
Získejte nejnovější vědecké zprávy pomocí bezplatných e-mailových zpravodajů ScienceDaily, které jsou aktualizovány denně a týdně. Nebo si prohlédněte každou hodinu aktualizované zpravodajství ve své čtečce RSS:
Řekněte nám, co si myslíte o ScienceDaily – vítáme pozitivní i negativní komentáře. Máte nějaké problémy s používáním webu? Otázky?
Čas odeslání: 11. května 2020