Un novo método para encaixar capas de semicondutores tan delgadas como uns poucos nanómetros deu lugar non só a un descubrimento científico senón tamén a un novo tipo de transistores para dispositivos electrónicos de alta potencia. O resultado, publicado en Applied Physics Letters, espertou un enorme interese.
O logro é o resultado dunha estreita colaboración entre científicos da Universidade de Linköping e SweGaN, unha empresa derivada da investigación en ciencia de materiais en LiU. A empresa fabrica compoñentes electrónicos personalizados a partir de nitruro de galio.
O nitruro de galio, GaN, é un semicondutor usado para díodos emisores de luz eficientes. Non obstante, tamén pode ser útil noutras aplicacións, como os transistores, xa que pode soportar temperaturas e intensidades de corrente máis altas que moitos outros semicondutores. Estas son propiedades importantes para os futuros compoñentes electrónicos, non menos importante para os utilizados en vehículos eléctricos.
O vapor de nitruro de galio déixase condensar sobre unha oblea de carburo de silicio, formando unha fina capa. O método no que se cultiva un material cristalino sobre un substrato doutro coñécese como "epitaxia". O método utilízase a miúdo na industria de semicondutores xa que proporciona unha gran liberdade para determinar tanto a estrutura cristalina como a composición química da película nanométrica formada.
A combinación de nitruro de galio, GaN e carburo de silicio, SiC (ambos poden soportar fortes campos eléctricos), garante que os circuítos sexan axeitados para aplicacións nas que se necesitan grandes potencias.
O axuste na superficie entre os dous materiais cristalinos, nitruro de galio e carburo de silicio, é, porén, pobre. Os átomos acaban non coincidentes entre si, o que leva á falla do transistor. Isto foi abordado pola investigación, que posteriormente levou a unha solución comercial, na que se colocou unha capa aínda máis fina de nitruro de aluminio entre as dúas capas.
Os enxeñeiros de SweGaN notaron por casualidade que os seus transistores podían facer fronte a intensidades de campo significativamente máis altas do que esperaban, e inicialmente non podían entender por que. A resposta pódese atopar a nivel atómico, nun par de superficies intermedias críticas dentro dos compoñentes.
Os investigadores de LiU e SweGaN, dirixidos por Lars Hultman e Jun Lu de LiU, presentan en Applied Physics Letters unha explicación do fenómeno e describen un método para fabricar transistores cunha capacidade aínda maior para soportar altas tensións.
Os científicos descubriron un mecanismo de crecemento epitaxial previamente descoñecido que chamaron "crecemento epitaxial transmórfico". Fai que a tensión entre as diferentes capas sexa absorbida gradualmente a través dun par de capas de átomos. Isto significa que poden facer crecer as dúas capas, nitruro de galio e nitruro de aluminio, sobre carburo de silicio de xeito que se controle a nivel atómico como se relacionan as capas entre si no material. No laboratorio demostraron que o material soporta altas tensións, ata 1800 V. Se tal voltaxe se colocase nun compoñente clásico a base de silicio, comezarían a voar faíscas e o transistor sería destruído.
"Felicitamos a SweGaN cando comezan a comercializar o invento. Mostra unha colaboración eficiente e a utilización dos resultados da investigación na sociedade. Debido ao estreito contacto que temos cos nosos anteriores colegas que agora traballan para a empresa, a nosa investigación ten un impacto rápido tamén fóra do mundo académico", di Lars Hultman.
Materiais proporcionados pola Universidade de Linköping. Orixinal escrito por Monica Westman Svenselius. Nota: o contido pódese editar polo estilo e a lonxitude.
Recibe as últimas noticias científicas cos boletíns de correo electrónico gratuítos de ScienceDaily, actualizados diariamente e semanalmente. Ou consulta as fontes de noticias actualizadas cada hora no teu lector RSS:
Cóntanos o que pensas de ScienceDaily: aceptamos comentarios positivos e negativos. Tes algún problema ao usar o sitio? Preguntas?
Hora de publicación: 11-maio-2020