Mae dull newydd o ffitio haenau o lled-ddargludyddion mor denau ag ychydig o nanometrau at ei gilydd wedi arwain nid yn unig at ddarganfyddiad gwyddonol ond hefyd math newydd o transistor ar gyfer dyfeisiau electronig pŵer uchel. Mae'r canlyniad, a gyhoeddwyd yn Applied Physics Letters, wedi ennyn diddordeb mawr.
Mae'r cyflawniad yn ganlyniad i gydweithio agos rhwng gwyddonwyr ym Mhrifysgol Linköping a SweGaN, cwmni sy'n deillio o ymchwil gwyddor deunyddiau yn LiU. Mae'r cwmni'n cynhyrchu cydrannau electronig wedi'u teilwra o gallium nitride.
Mae Gallium nitride, GaN, yn lled-ddargludydd a ddefnyddir ar gyfer deuodau allyrru golau effeithlon. Fodd bynnag, gall hefyd fod yn ddefnyddiol mewn cymwysiadau eraill, megis transistorau, gan y gall wrthsefyll tymheredd uwch a chryfderau cerrynt uwch na llawer o lled-ddargludyddion eraill. Mae'r rhain yn briodweddau pwysig ar gyfer cydrannau electronig yn y dyfodol, nid lleiaf ar gyfer y rhai a ddefnyddir mewn cerbydau trydan.
Caniateir i anwedd gallium nitride gyddwyso ar wafer o garbid silicon, gan ffurfio gorchudd tenau. Gelwir y dull y mae un deunydd crisialog yn cael ei dyfu ar swbstrad un arall yn “epitaxy.” Defnyddir y dull yn aml yn y diwydiant lled-ddargludyddion gan ei fod yn rhoi rhyddid mawr i bennu strwythur grisial a chyfansoddiad cemegol y ffilm nanomedr a ffurfiwyd.
Mae'r cyfuniad o gallium nitride, GaN, a carbid silicon, SiC (y gall y ddau ohonynt wrthsefyll meysydd trydan cryf), yn sicrhau bod y cylchedau yn addas ar gyfer cymwysiadau lle mae angen pwerau uchel.
Fodd bynnag, mae'r ffit ar yr wyneb rhwng y ddau ddeunydd crisialog, gallium nitride a silicon carbide, yn wael. Yn y pen draw, nid yw'r atomau'n cyfateb i'w gilydd, sy'n arwain at fethiant y transistor. Mae ymchwil wedi mynd i'r afael â hyn, a arweiniodd wedyn at ddatrysiad masnachol, lle gosodwyd haen deneuach fyth o alwminiwm nitrid rhwng y ddwy haen.
Sylwodd y peirianwyr yn SweGaN trwy hap a damwain y gallai eu transistorau ymdopi â chryfderau maes sylweddol uwch nag yr oeddent wedi'i ddisgwyl, ac ni allent ddeall pam i ddechrau. Gellir dod o hyd i'r ateb ar y lefel atomig - mewn cwpl o arwynebau canolradd critigol y tu mewn i'r cydrannau.
Mae ymchwilwyr yn LiU a SweGaN, dan arweiniad Lars Hultman a Jun Lu o LiU, yn cyflwyno mewn Llythyrau Ffiseg Gymhwysol esboniad o'r ffenomen, ac yn disgrifio dull o weithgynhyrchu transistorau â gallu hyd yn oed yn fwy i wrthsefyll folteddau uchel.
Mae'r gwyddonwyr wedi darganfod mecanwaith twf epitaxial anhysbys yn flaenorol y maent wedi'i enwi'n “dwf epitaxial trawsmorffig.” Mae'n achosi i'r straen rhwng y gwahanol haenau gael ei amsugno'n raddol ar draws cwpl o haenau o atomau. Mae hyn yn golygu y gallant dyfu'r ddwy haen, gallium nitride ac alwminiwm nitride, ar garbid silicon mewn modd er mwyn rheoli ar y lefel atomig sut mae'r haenau'n gysylltiedig â'i gilydd yn y deunydd. Yn y labordy maent wedi dangos bod y deunydd yn gwrthsefyll folteddau uchel, hyd at 1800 V. Pe bai foltedd o'r fath yn cael ei osod ar draws cydran glasurol sy'n seiliedig ar silicon, byddai gwreichion yn dechrau hedfan a byddai'r transistor yn cael ei ddinistrio.
“Rydym yn llongyfarch SweGaN wrth iddynt ddechrau marchnata’r ddyfais. Mae'n dangos cydweithio effeithlon a'r defnydd o ganlyniadau ymchwil mewn cymdeithas. Oherwydd y cyswllt agos sydd gennym gyda’n cydweithwyr blaenorol sydd bellach yn gweithio i’r cwmni, mae ein hymchwil yn gyflym yn cael effaith y tu allan i’r byd academaidd hefyd,” meddai Lars Hultman.
Darperir y deunyddiau gan Brifysgol Linköping. Ysgrifennwyd y gwreiddiol gan Monica Westman Svenselius. Nodyn: Gellir golygu'r cynnwys ar gyfer arddull a hyd.
Sicrhewch y newyddion gwyddoniaeth diweddaraf gyda chylchlythyrau e-bost rhad ac am ddim ScienceDaily, sy'n cael eu diweddaru'n ddyddiol ac yn wythnosol. Neu edrychwch ar y newyddion diweddaraf bob awr yn eich darllenydd RSS:
Dywedwch wrthym beth yw eich barn am ScienceDaily - rydym yn croesawu sylwadau cadarnhaol a negyddol. Oes gennych chi unrhyw broblemau wrth ddefnyddio'r wefan? Cwestiynau?
Amser postio: Mai-11-2020