Ný aðferð til að setja saman lög af hálfleiðurum eins þunn og nokkra nanómetra hefur ekki aðeins leitt til vísindalegrar uppgötvunar heldur einnig nýrrar tegundar smára fyrir rafeindatæki með miklum krafti. Niðurstaðan, sem birt var í Applied Physics Letters, hefur vakið mikinn áhuga.
Afrekið er afrakstur náins samstarfs vísindamanna við Háskólann í Linköping og SweGaN, spunafyrirtæki úr efnisvísindum við LiU. Fyrirtækið framleiðir sérsniðna rafeindaíhluti úr gallíumnítríði.
Gallíumnítríð, GaN, er hálfleiðari sem notaður er fyrir skilvirkar ljósdíóða. Það getur hins vegar einnig verið gagnlegt í öðrum forritum, eins og smára, þar sem það þolir hærra hitastig og straumstyrk en margir aðrir hálfleiðarar. Þetta eru mikilvægir eiginleikar fyrir rafeindaíhluti í framtíðinni, ekki síst fyrir þá sem notaðir eru í rafknúin farartæki.
Gallíumnítríðgufa er leyft að þéttast á kísilkarbíðskífu og mynda þunnt lag. Aðferðin þar sem eitt kristallað efni er ræktað á undirlagi annars er þekkt sem „epitaxy“. Aðferðin er oft notuð í hálfleiðaraiðnaði þar sem hún veitir mikið frelsi til að ákvarða bæði kristalbyggingu og efnasamsetningu nanómetra filmunnar sem myndast.
Samsetning gallíumnítríðs, GaN, og kísilkarbíðs, SiC (sem bæði þola sterk rafsvið), tryggir að rafrásirnar henti fyrir notkun þar sem mikil afl er þörf.
Passun á yfirborði kristallanna tveggja, gallíumnítríðs og kísilkarbíðs, er hins vegar léleg. Atómin endar ósamræmd hvert við annað, sem leiðir til bilunar í smáranum. Þessu hefur verið brugðist við með rannsóknum sem í kjölfarið leiddu til viðskiptalausnar þar sem enn þynnra lag af álnítríði var sett á milli laganna tveggja.
Verkfræðingarnir hjá SweGaN tóku fyrir tilviljun eftir því að smári þeirra gátu ráðið við umtalsvert hærri sviðsstyrk en þeir höfðu búist við og þeir gátu ekki í upphafi skilið hvers vegna. Svarið er að finna á atómstigi - í nokkrum mikilvægum milliflötum inni í íhlutunum.
Vísindamenn við LiU og SweGaN, undir forystu LiU, Lars Hultman og Jun Lu, kynna í Applied Physics Letters skýringu á fyrirbærinu og lýsa aðferð til að framleiða smára með enn meiri getu til að standast háspennu.
Vísindamennirnir hafa uppgötvað áður óþekktan þekjuvaxtarkerfi sem þeir hafa nefnt „transmorphic epitaxial growth“. Það veldur því að álagið á milli mismunandi laga frásogast smám saman yfir nokkur lög af atómum. Þetta þýðir að þeir geta ræktað lögin tvö, gallíumnítríð og álnítríð, á kísilkarbíði á þann hátt að stjórna á atómstigi hvernig lögin tengjast hvert öðru í efninu. Á rannsóknarstofunni hafa þeir sýnt fram á að efnið þolir háspennu, allt að 1800 V. Ef slík spenna væri sett yfir klassískan kísilhluta myndu neistar byrja að fljúga og smári eyðist.
„Við óskum SweGaN til hamingju þegar þeir byrja að markaðssetja uppfinninguna. Það sýnir hagkvæmt samstarf og nýtingu rannsóknarniðurstaðna í samfélaginu. Vegna náins sambands sem við höfum við fyrri samstarfsmenn okkar sem nú starfa hjá fyrirtækinu hafa rannsóknir okkar fljótt áhrif líka utan fræðaheimsins,“ segir Lars Hultman.
Efni veitt af Háskólanum í Linköping. Frumrit skrifað af Monica Westman Svenselius. Athugið: Efni gæti verið breytt fyrir stíl og lengd.
Fáðu nýjustu vísindafréttir með ókeypis fréttabréfum ScienceDaily í tölvupósti, uppfærð daglega og vikulega. Eða skoðaðu uppfærða fréttastrauma á klukkutíma fresti í RSS lesandanum þínum:
Segðu okkur hvað þér finnst um ScienceDaily - við fögnum bæði jákvæðum og neikvæðum athugasemdum. Áttu í vandræðum með að nota síðuna? Spurningar?
Birtingartími: 11. maí 2020