Uus meetod paari nanomeetriste pooljuhtide kihtide kokku sobitamiseks on toonud kaasa mitte ainult teadusliku avastuse, vaid ka uut tüüpi transistori suure võimsusega elektroonikaseadmete jaoks. Ajakirjas Applied Physics Letters avaldatud tulemus on äratanud tohutut huvi.
Saavutus on tiheda koostöö tulemus Linköpingi ülikooli teadlaste ja LiU materjaliteaduse uurimise kõrvalettevõtte SweGaN vahel. Ettevõte toodab galliumnitriidist kohandatud elektroonikakomponente.
Galliumnitriid, GaN, on pooljuht, mida kasutatakse tõhusate valgusdioodide jaoks. Siiski võib see olla kasulik ka muudes rakendustes, näiteks transistorites, kuna see talub kõrgemaid temperatuure ja voolutugevusi kui paljud teised pooljuhid. Need on tulevaste elektroonikakomponentide jaoks olulised omadused, eriti nende puhul, mida kasutatakse elektrisõidukites.
Galliumnitriidi aurudel lastakse kondenseeruda ränikarbiidi vahvlile, moodustades õhukese katte. Meetodit, mille käigus üht kristalset materjali kasvatatakse teise substraadil, nimetatakse epitaksiks. Meetodit kasutatakse sageli pooljuhtide tööstuses, kuna see annab suure vabaduse nii moodustunud nanomeetrikile kristallstruktuuri kui ka keemilise koostise määramisel.
Galliumnitriidi, GaN ja ränikarbiidi SiC (mõlemad taluvad tugevaid elektrivälju) kombinatsioon tagab, et ahelad sobivad rakendusteks, kus on vaja suuri võimsusi.
Kahe kristalse materjali, galliumnitriidi ja ränikarbiidi vaheline sobivus pinnal on aga halb. Aatomid ei sobi omavahel kokku, mis viib transistori rikkeni. Seda on käsitletud uuringutes, mis viisid hiljem kaubandusliku lahenduseni, kus kahe kihi vahele asetati veelgi õhem alumiiniumnitriidi kiht.
SweGaN-i insenerid märkasid juhuslikult, et nende transistorid suudavad toime tulla oodatust oluliselt suurema väljatugevusega ja nad ei saanud esialgu aru, miks. Vastuse võib leida aatomitasandilt — paarist kriitilisest vahepinnast komponentide sees.
LiU ja SweGaNi teadlased eesotsas LiU Lars Hultmani ja Jun Luga esitavad väljaandes Applied Physics Letters selle nähtuse selgituse ja kirjeldavad meetodit transistoride valmistamiseks, millel on veelgi suurem võime taluda kõrgeid pingeid.
Teadlased on avastanud varem tundmatu epitaksiaalse kasvumehhanismi, mida nad on nimetanud "transmorfseks epitaksiaalseks kasvuks". See põhjustab erinevate kihtide vahelise pinge neeldumise järk-järgult paari aatomikihi vahel. See tähendab, et nad saavad kahte kihti, galliumnitriidi ja alumiiniumnitriidi kasvatada ränikarbiidil viisil, mis kontrollib aatomitasandil, kuidas kihid on materjalis üksteisega seotud. Laboris on nad näidanud, et materjal talub kõrgeid pingeid, kuni 1800 V. Kui selline pinge asetada klassikalisele ränipõhisele komponendile, hakkaksid sädemed lendama ja transistor häviks.
"Õnnitleme SweGaN-i, kui nad hakkavad leiutist turustama. See näitab tõhusat koostööd ja uurimistulemuste ärakasutamist ühiskonnas. Tänu tihedale kontaktile oma eelmiste kolleegidega, kes praegu ettevõttes töötavad, on meie uurimustel kiire mõju ka väljaspool akadeemilist maailma,” ütleb Lars Hultman.
Materjalid pakub Linköpingi Ülikool. Originaali kirjutas Monica Westman Svenselius. Märkus. Sisu saab muuta stiili ja pikkuse järgi.
Hankige uusimaid teadusuudiseid ScienceDaily tasuta meiliuudiskirjadega, mida uuendatakse iga päev ja kord nädalas. Või vaadake oma RSS-lugejas iga tunni ajakohastatud uudistevooge:
Rääkige meile, mida arvate ScienceDailyst – ootame nii positiivseid kui ka negatiivseid kommentaare. Kas saidi kasutamisel on probleeme? Küsimused?
Postitusaeg: mai-11-2020