A néhány nanométeres vastagságú félvezetőrétegek egymáshoz illesztésének új módszere nemcsak tudományos felfedezést eredményezett, hanem egy új típusú tranzisztort is nagy teljesítményű elektronikai eszközökhöz. Az Applied Physics Letters-ben megjelent eredmény óriási érdeklődést váltott ki.
Az eredmény a Linköping Egyetem tudósai és a SweGaN, a LiU anyagtudományi kutatásából származó spin-off cég szoros együttműködésének eredménye. A cég személyre szabott elektronikai alkatrészeket gyárt gallium-nitridből.
A gallium-nitrid, a GaN, egy félvezető, amelyet hatékony fénykibocsátó diódákhoz használnak. Hasznos lehet azonban más alkalmazásokban is, például tranzisztorokban, mivel sok más félvezetőnél magasabb hőmérsékletnek és áramerősségnek is ellenáll. Ezek fontos tulajdonságok a jövőbeni elektronikai alkatrészek számára, nem utolsósorban az elektromos járművekben használtak számára.
A gallium-nitrid gőzt egy szilícium-karbid lapkára engedik lecsapódni, vékony bevonatot képezve. Az a módszer, amellyel az egyik kristályos anyagot egy másik szubsztrátumán termesztik, „epitaxiának” nevezik. A módszert gyakran alkalmazzák a félvezetőiparban, mivel nagy szabadságot biztosít a képződött nanométeres film kristályszerkezetének és kémiai összetételének meghatározásában.
A gallium-nitrid, GaN és szilícium-karbid, SiC (mindkettő ellenáll az erős elektromos mezőknek) kombinációja biztosítja, hogy az áramkörök alkalmasak legyenek olyan alkalmazásokhoz, ahol nagy teljesítményre van szükség.
A két kristályos anyag, a gallium-nitrid és a szilícium-karbid közötti felületi illeszkedés azonban gyenge. Az atomok végül nem illeszkednek egymáshoz, ami a tranzisztor meghibásodásához vezet. Ezzel foglalkoztak a kutatások, amelyek később egy olyan kereskedelmi megoldáshoz vezettek, amelyben a két réteg közé még vékonyabb alumínium-nitrid réteget helyeztek.
A SweGaN mérnökei véletlenül vették észre, hogy tranzisztoraik sokkal nagyobb térerősséggel bírnak, mint amire számítottak, és kezdetben nem tudták, miért. A válasz atomi szinten található – néhány kritikus közbenső felületen az alkatrészek belsejében.
A LiU és a SweGaN kutatói, a LiU munkatársa, Lars Hultman és Jun Lu, az Applied Physics Letters-ben ismertetik a jelenség magyarázatát, és leírnak egy módszert a még nagyobb feszültségnek ellenálló tranzisztorok gyártására.
A tudósok felfedeztek egy korábban ismeretlen epitaxiális növekedési mechanizmust, amelyet „transzmorf epitaxiális növekedésnek” neveztek el. Ez azt eredményezi, hogy a különböző rétegek közötti feszültség fokozatosan felszívódik néhány atomrétegen keresztül. Ez azt jelenti, hogy a két réteget, a gallium-nitridet és az alumínium-nitridet úgy tudják növeszteni szilícium-karbidon, hogy atomi szinten szabályozzák a rétegek egymáshoz való viszonyát az anyagban. A laboratóriumban kimutatták, hogy az anyag ellenáll a magas feszültségnek, akár 1800 V-ig. Ha ilyen feszültséget helyeznek egy klasszikus szilícium alapú alkatrészre, szikrák szállnak fel, és a tranzisztor tönkremegy.
„Gratulálunk a SweGaN-nak, amikor elkezdték forgalmazni a találmányt. Hatékony együttműködést és a kutatási eredmények társadalmi hasznosítását mutatja. A vállalatnál dolgozó korábbi kollégáinkkal való szoros kapcsolatunknak köszönhetően kutatásaink gyorsan a tudományos világon kívülre is hatással vannak” – mondja Lars Hultman.
A Linköping Egyetem által biztosított anyagok. Az eredetit Monica Westman Svenselius írta. Megjegyzés: A tartalom stílusa és hossza miatt szerkeszthető.
Szerezze meg a legfrissebb tudományos híreket a ScienceDaily ingyenes e-mailes hírleveleivel, amelyeket naponta és hetente frissítenek. Vagy tekintse meg az óránként frissített hírfolyamokat RSS-olvasójában:
Mondja el, mit gondol a ScienceDaily-ről – örömmel fogadjuk a pozitív és negatív megjegyzéseket egyaránt. Problémái vannak az oldal használatával? Kérdések?
Feladás időpontja: 2020. május 11