שיטה חדשה להרכיב שכבות של מוליכים למחצה דקות עד כמה ננומטרים הביאה לא רק לתגלית מדעית אלא גם לסוג חדש של טרנזיסטור עבור מכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה. התוצאה, שפורסמה ב-Applied Physics Letters, עוררה עניין עצום.
ההישג הוא תוצאה של שיתוף פעולה הדוק בין מדענים מאוניברסיטת Linköping ו-SweGaN, חברת ספין-אוף ממחקר מדעי החומרים ב- LiU. החברה מייצרת רכיבים אלקטרוניים מותאמים מגליום ניטריד.
Gallium Nitride, GaN, הוא מוליך למחצה המשמש לדיודות פולטות אור יעילות. עם זאת, הוא עשוי להיות שימושי גם ביישומים אחרים, כגון טרנזיסטורים, מכיוון שהוא יכול לעמוד בטמפרטורות וחוזק זרם גבוהים יותר מאשר מוליכים למחצה רבים אחרים. אלו מאפיינים חשובים עבור רכיבים אלקטרוניים עתידיים, לא מעט עבור אלה המשמשים בכלי רכב חשמליים.
אדי גליום ניטריד מותר להתעבות על גבי רקיק של סיליקון קרביד, ויוצרים ציפוי דק. השיטה שבה מגדלים חומר גבישי אחד על מצע של אחר ידועה בשם "אפיטקסיה". השיטה משמשת לעתים קרובות בתעשיית המוליכים למחצה מכיוון שהיא מספקת חופש רב בקביעת מבנה הגביש וההרכב הכימי של הסרט הננומטר שנוצר.
השילוב של גליום ניטריד, GaN וסיליקון קרביד, SiC (ששניהם יכולים לעמוד בשדות חשמליים חזקים), מבטיח שהמעגלים מתאימים ליישומים בהם יש צורך בהספקים גבוהים.
ההתאמה על פני השטח בין שני החומרים הגבישיים, גליום ניטריד וסיליקון קרביד, היא, לעומת זאת, גרועה. האטומים בסופו של דבר אינם מתאימים זה לזה, מה שמוביל לכשל בטרנזיסטור. לכך התייחסו מחקרים, שהובילו לאחר מכן לפתרון מסחרי, בו הונחה בין שתי השכבות שכבה דקה עוד יותר של אלומיניום ניטריד.
המהנדסים ב-SweGaN הבחינו במקרה שהטרנזיסטורים שלהם יכולים להתמודד עם עוצמות שדה גבוהות משמעותית ממה שציפו, והם לא הצליחו להבין בתחילה מדוע. ניתן למצוא את התשובה ברמה האטומית - בכמה משטחי ביניים קריטיים בתוך הרכיבים.
חוקרים ב-LiU וב-SweGaN, בראשם Lars Hultman ו-Jun Lu של LiU, מציגים ב-Applied Physics Letters הסבר על התופעה, ומתארים שיטה לייצור טרנזיסטורים בעלי יכולת עמידה במתחים גבוהים אף יותר.
המדענים גילו מנגנון גדילה אפיטקסיאלי שלא היה ידוע בעבר שהם כינו "צמיחה אפיטקסיאלית טרנסמורפית". זה גורם למתח בין השכבות השונות להיספג בהדרגה על פני כמה שכבות של אטומים. משמעות הדבר היא שהם יכולים לגדל את שתי השכבות, גליום ניטריד ואלומיניום ניטריד, על סיליקון קרביד באופן כדי לשלוט ברמה האטומית כיצד השכבות קשורות זו לזו בחומר. במעבדה הראו שהחומר עומד בפני מתחים גבוהים, עד 1800 V. אם מתח כזה היה מונח על פני רכיב קלאסי מבוסס סיליקון, ניצוצות היו מתחילים לעוף והטרנזיסטור היה נהרס.
"אנו מברכים את SweGaN כשהם מתחילים לשווק את ההמצאה. הוא מראה שיתוף פעולה יעיל וניצול תוצאות המחקר בחברה. בשל הקשר ההדוק שיש לנו עם עמיתינו הקודמים שעובדים כעת בחברה, למחקר שלנו יש השפעה במהירות גם מחוץ לעולם האקדמי", אומר לארס הולטמן.
חומרים מסופקים על ידי אוניברסיטת לינקופינג. מקור נכתב על ידי מוניקה ווסטמן סוונסליוס. הערה: ניתן לערוך את התוכן לפי הסגנון והאורך.
קבל את החדשות המדעיות האחרונות עם עלוני הדוא"ל החינמיים של ScienceDaily, המתעדכנים מדי יום ושבועי. או הצג עדכוני חדשות מעודכנים לפי שעה בקורא ה-RSS שלך:
ספר לנו מה אתה חושב על ScienceDaily - נשמח לקבל הערות חיוביות ושליליות כאחד. יש לכם בעיות בשימוש באתר? שאלות?
זמן פרסום: 11 במאי 2020