Metode baru untuk menyatukan lapisan semikonduktor setipis beberapa nanometer tidak hanya menghasilkan penemuan ilmiah tetapi juga jenis transistor baru untuk perangkat elektronik berdaya tinggi. Hasilnya, yang dipublikasikan di Applied Physics Letters, telah membangkitkan minat yang besar.
Pencapaian ini merupakan hasil kolaborasi erat antara para ilmuwan di Universitas Linköping dan SweGaN, sebuah perusahaan spin-off dari penelitian ilmu material di LiU. Perusahaan memproduksi komponen elektronik khusus dari galium nitrida.
Gallium nitrida, GaN, adalah semikonduktor yang digunakan untuk dioda pemancar cahaya yang efisien. Namun, ini mungkin juga berguna dalam aplikasi lain, seperti transistor, karena dapat menahan suhu dan kekuatan arus yang lebih tinggi dibandingkan banyak semikonduktor lainnya. Ini adalah sifat penting untuk komponen elektronik masa depan, tidak terkecuali yang digunakan pada kendaraan listrik.
Uap galium nitrida dibiarkan mengembun menjadi wafer silikon karbida, membentuk lapisan tipis. Metode di mana satu bahan kristal ditumbuhkan pada substrat lain dikenal sebagai “epitaxy.” Metode ini sering digunakan dalam industri semikonduktor karena memberikan kebebasan besar dalam menentukan struktur kristal dan komposisi kimia film nanometer yang terbentuk.
Kombinasi galium nitrida, GaN, dan silikon karbida, SiC (keduanya dapat menahan medan listrik yang kuat), memastikan bahwa sirkuit tersebut cocok untuk aplikasi yang memerlukan daya tinggi.
Namun, kesesuaian permukaan antara dua bahan kristal, galium nitrida dan silikon karbida, buruk. Atom-atom tersebut akhirnya tidak cocok satu sama lain, yang menyebabkan kegagalan transistor. Hal ini telah diatasi melalui penelitian, yang kemudian menghasilkan solusi komersial, di mana lapisan aluminium nitrida yang lebih tipis ditempatkan di antara kedua lapisan tersebut.
Para insinyur di SweGaN secara kebetulan menyadari bahwa transistor mereka dapat mengatasi kekuatan medan yang jauh lebih tinggi dari yang mereka perkirakan, dan pada awalnya mereka tidak dapat memahami alasannya. Jawabannya dapat ditemukan pada tingkat atom – pada beberapa permukaan perantara yang penting di dalam komponen.
Para peneliti di LiU dan SweGaN, dipimpin oleh Lars Hultman dan Jun Lu dari LiU, menyajikan penjelasan tentang fenomena tersebut dalam Applied Physics Letters, dan menjelaskan metode pembuatan transistor dengan kemampuan lebih besar untuk menahan tegangan tinggi.
Para ilmuwan telah menemukan mekanisme pertumbuhan epitaksi yang sebelumnya tidak diketahui yang mereka namakan “pertumbuhan epitaksi transmorfik.” Hal ini menyebabkan ketegangan antara lapisan-lapisan yang berbeda diserap secara bertahap pada beberapa lapisan atom. Ini berarti bahwa mereka dapat menumbuhkan dua lapisan, galium nitrida dan aluminium nitrida, pada silikon karbida sedemikian rupa sehingga pada tingkat atom dapat mengontrol bagaimana lapisan-lapisan tersebut saling berhubungan satu sama lain dalam material. Di laboratorium mereka telah menunjukkan bahwa bahan tersebut tahan terhadap tegangan tinggi, hingga 1800 V. Jika tegangan tersebut ditempatkan pada komponen berbasis silikon klasik, percikan api akan mulai beterbangan dan transistor akan hancur.
“Kami mengucapkan selamat kepada SweGaN karena mereka mulai memasarkan penemuan ini. Hal ini menunjukkan kolaborasi yang efisien dan pemanfaatan hasil penelitian di masyarakat. Karena kontak dekat yang kami miliki dengan rekan-rekan kami sebelumnya yang kini bekerja untuk perusahaan tersebut, penelitian kami dengan cepat juga memberikan dampak di luar dunia akademis,” kata Lars Hultman.
Materi disediakan oleh Universitas Linköping. Asli ditulis oleh Monica Westman Svenselius. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.
Dapatkan berita sains terkini dengan buletin email gratis ScienceDaily, yang diperbarui setiap hari dan mingguan. Atau lihat umpan berita yang diperbarui setiap jam di pembaca RSS Anda:
Beri tahu kami pendapat Anda tentang ScienceDaily — kami menerima komentar positif dan negatif. Ada masalah dalam menggunakan situs ini? Pertanyaan?
Waktu posting: 11 Mei-2020