Nova metoda spajanja slojeva poluvodiča tankih od nekoliko nanometara rezultirala je ne samo znanstvenim otkrićem, već i novom vrstom tranzistora za elektroničke uređaje velike snage. Rezultat, objavljen u časopisu Applied Physics Letters, izazvao je veliko zanimanje.
Postignuće je rezultat bliske suradnje između znanstvenika sa Sveučilišta Linköping i SweGaN-a, spin-off tvrtke iz istraživanja znanosti o materijalima na LiU. Tvrtka proizvodi elektroničke komponente po mjeri od galij nitrida.
Galijev nitrid, GaN, je poluvodič koji se koristi za učinkovite diode koje emitiraju svjetlost. Međutim, može biti koristan i u drugim primjenama, kao što su tranzistori, budući da može izdržati više temperature i jačinu struje od mnogih drugih poluvodiča. To su važna svojstva za buduće elektroničke komponente, ne samo za one koje se koriste u električnim vozilima.
Pare galijevog nitrida se mogu kondenzirati na pločicu od silicij karbida, stvarajući tanku prevlaku. Metoda u kojoj se jedan kristalni materijal uzgaja na supstratu drugog poznata je kao "epitaksija". Metoda se često koristi u industriji poluvodiča budući da pruža veliku slobodu u određivanju i kristalne strukture i kemijskog sastava formiranog nanometarskog filma.
Kombinacija galijevog nitrida, GaN i silicijevog karbida, SiC (oba mogu izdržati jaka električna polja), osigurava da su krugovi prikladni za primjene u kojima su potrebne velike snage.
Pristajanje na površini između dva kristalna materijala, galij nitrida i silicij karbida, je, međutim, loše. Atomi završe neusklađeni jedan s drugim, što dovodi do kvara tranzistora. Ovo je riješeno istraživanjem, koje je kasnije dovelo do komercijalnog rješenja, u kojem je još tanji sloj aluminijevog nitrida postavljen između dva sloja.
Inženjeri u SweGaN-u slučajno su primijetili da se njihovi tranzistori mogu nositi sa znatno višim jakostima polja nego što su očekivali, a isprva nisu mogli shvatiti zašto. Odgovor se može pronaći na atomskoj razini — u nekoliko kritičnih međupovršina unutar komponenti.
Istraživači s LiU i SweGaN, predvođeni Larsom Hultmanom i Junom Luom iz LiUa, u Applied Physics Lettersu predstavljaju objašnjenje fenomena i opisuju metodu za proizvodnju tranzistora s još većom sposobnošću da izdrže visoke napone.
Znanstvenici su otkrili dosad nepoznat mehanizam epitaksijalnog rasta koji su nazvali "transmorfni epitaksijalni rast". Uzrokuje da se napetost između različitih slojeva postupno apsorbira preko nekoliko slojeva atoma. To znači da mogu uzgajati dva sloja, galijev nitrid i aluminijev nitrid, na silicij karbidu na način da kontroliraju na atomskoj razini kako su slojevi međusobno povezani u materijalu. U laboratoriju su pokazali da materijal podnosi visoke napone, do 1800 V. Kad bi se toliki napon stavio na klasičnu komponentu na bazi silicija, počele bi frcati iskre i tranzistor bi se uništio.
“Čestitamo SweGaN-u jer su počeli plasirati izum na tržište. Prikazuje učinkovitu suradnju i korištenje rezultata istraživanja u društvu. Zbog bliskog kontakta koji imamo s našim prethodnim kolegama koji sada rade za tvrtku, naše istraživanje brzo ima utjecaj i izvan akademskog svijeta,” kaže Lars Hultman.
Materijale osiguralo Sveučilište Linköping. Izvornik napisala Monica Westman Svenselius. Napomena: Sadržaj se može uređivati za stil i duljinu.
Primajte najnovije vijesti o znanosti uz besplatne biltene e-pošte ScienceDailyja, ažurirane dnevno i tjedno. Ili pregledajte newsfeedove koji se ažuriraju svakog sata u vašem RSS čitaču:
Recite nam što mislite o ScienceDailyju — pozdravljamo i pozitivne i negativne komentare. Imate li problema s korištenjem stranice? Pitanja?
Vrijeme objave: 11. svibnja 2020