En ny metode til at sammensætte lag af halvledere så tynde som nogle få nanometer har resulteret i ikke kun en videnskabelig opdagelse, men også en ny type transistor til elektroniske enheder med høj effekt. Resultatet, offentliggjort i Applied Physics Letters, har vakt stor interesse.
Præstationen er resultatet af et tæt samarbejde mellem forskere ved Linköpings Universitet og SweGaN, en spin-off virksomhed fra materialevidenskabelig forskning på LiU. Virksomheden fremstiller skræddersyede elektroniske komponenter af galliumnitrid.
Galliumnitrid, GaN, er en halvleder, der bruges til effektive lysemitterende dioder. Det kan dog også være nyttigt i andre applikationer, såsom transistorer, da det kan modstå højere temperaturer og strømstyrker end mange andre halvledere. Det er vigtige egenskaber for fremtidige elektroniske komponenter, ikke mindst for dem, der bruges i elektriske køretøjer.
Galliumnitriddamp får lov til at kondensere på en wafer af siliciumcarbid og danner en tynd belægning. Metoden, hvor et krystallinsk materiale dyrkes på et substrat af et andet, er kendt som "epitaxy". Metoden bruges ofte i halvlederindustrien, da den giver stor frihed til at bestemme både krystalstrukturen og den kemiske sammensætning af den dannede nanometerfilm.
Kombinationen af galliumnitrid, GaN og siliciumcarbid, SiC (som begge kan modstå stærke elektriske felter), sikrer, at kredsløbene er velegnede til applikationer, hvor der er behov for høje kræfter.
Tilpasningen ved overfladen mellem de to krystallinske materialer, galliumnitrid og siliciumcarbid, er imidlertid dårlig. Atomerne ender med at være uoverensstemmende med hinanden, hvilket fører til svigt af transistoren. Det har forskningen rettet op på, som efterfølgende førte til en kommerciel løsning, hvor et endnu tyndere lag aluminiumnitrid blev lagt mellem de to lag.
Ingeniørerne hos SweGaN bemærkede tilfældigt, at deres transistorer kunne klare væsentligt højere feltstyrker, end de havde forventet, og de kunne i første omgang ikke forstå hvorfor. Svaret kan findes på atomniveau - i et par kritiske mellemliggende overflader inde i komponenterne.
Forskere ved LiU og SweGaN med LiU's Lars Hultman og Jun Lu i spidsen præsenterer i Applied Physics Letters en forklaring på fænomenet, og beskriver en metode til at fremstille transistorer med endnu større evne til at modstå høje spændinger.
Forskerne har opdaget en hidtil ukendt epitaksial vækstmekanisme, som de har kaldt "transmorf epitaksial vækst." Det bevirker, at belastningen mellem de forskellige lag gradvist absorberes over et par lag af atomer. Det betyder, at de kan dyrke de to lag, galliumnitrid og aluminiumnitrid, på siliciumcarbid på en måde, så de på atomniveau kan kontrollere, hvordan lagene er relateret til hinanden i materialet. I laboratoriet har de vist, at materialet tåler høje spændinger, op til 1800 V. Hvis en sådan spænding blev placeret over en klassisk siliciumbaseret komponent, ville gnister begynde at flyve, og transistoren ville blive ødelagt.
"Vi lykønsker SweGaN, da de begynder at markedsføre opfindelsen. Det viser effektivt samarbejde og udnyttelse af forskningsresultater i samfundet. På grund af den tætte kontakt, vi har til vores tidligere kolleger, som nu arbejder for virksomheden, får vores forskning hurtigt indflydelse også uden for den akademiske verden,” siger Lars Hultman.
Materialer leveret af Linköpings Universitet. Original skrevet af Monica Westman Svenselius. Bemærk: Indholdet kan redigeres for stil og længde.
Få de seneste videnskabsnyheder med ScienceDailys gratis e-mail-nyhedsbreve, der opdateres dagligt og ugentligt. Eller se opdaterede nyhedsfeeds hver time i din RSS-læser:
Fortæl os, hvad du synes om ScienceDaily - vi glæder os over både positive og negative kommentarer. Har du problemer med at bruge siden? Spørgsmål?
Indlægstid: 11. maj 2020