数ナノメートルもの薄さの半導体層を組み合わせる新しい方法は、科学的な発見をもたらしただけでなく、高出力電子デバイス用の新しいタイプのトランジスタももたらしました。この結果はApplied Physics Lettersに掲載され、大きな関心を呼んだ。
この成果は、リンシェーピング大学の科学者と、LiU の材料科学研究からスピンオフした会社である SweGaN との緊密な協力の成果です。同社は窒化ガリウムからカスタマイズされた電子部品を製造しています。
窒化ガリウム (GaN) は、効率的な発光ダイオードに使用される半導体です。ただし、他の多くの半導体よりも高い温度や電流強度に耐えることができるため、トランジスタなどの他の用途にも役立つ可能性があります。これらは、特に電気自動車で使用される電子部品にとって、将来の電子部品にとって重要な特性です。
窒化ガリウムの蒸気を炭化ケイ素のウェーハ上に凝縮させ、薄いコーティングを形成します。ある結晶材料を別の基板上に成長させる方法は、「エピタキシー」として知られています。この方法は、形成されるナノメートル膜の結晶構造と化学組成の両方を決定する上で大きな自由度が得られるため、半導体産業でよく使用されます。
窒化ガリウム、GaN、および炭化ケイ素、SiC (どちらも強電界に耐えることができます) を組み合わせることで、回路が高電力が必要なアプリケーションに確実に適していることが保証されます。
しかし、窒化ガリウムと炭化ケイ素という 2 つの結晶材料の間の表面での適合性は不十分です。原子同士が不整合になり、トランジスタの故障につながります。この問題は研究によって解決され、その後、2 つの層の間にさらに薄い窒化アルミニウムの層を配置するという商業的な解決策が生まれました。
SweGaN のエンジニアは、自社のトランジスタが予想よりも大幅に高い電界強度に対応できることに偶然気づきましたが、最初はその理由がわかりませんでした。答えは原子レベルで、つまりコンポーネント内のいくつかの重要な中間面で見つかります。
LiUのLars Hultman氏とJun Lu氏が率いるLiUとSweGaNの研究者らは、Applied Physics Lettersでこの現象の説明を発表し、高電圧に耐える能力がさらに優れたトランジスタを製造する方法について説明している。
科学者らは、これまで知られていなかったエピタキシャル成長メカニズムを発見し、これを「変態エピタキシャル成長」と名付けた。これにより、異なる層間の歪みが原子の数層にわたって徐々に吸収されます。これは、窒化ガリウムと窒化アルミニウムの 2 つの層を、材料内で層が互いにどのように関連するかを原子レベルで制御できる方法で炭化ケイ素上に成長できることを意味します。研究チームは、この材料が最大 1800 V の高電圧に耐えることを示しました。従来のシリコンベースのコンポーネントにそのような電圧がかかると、火花が飛び始め、トランジスタが破壊されてしまいます。
「私たちは、SweGaN が発明の販売を開始することを祝福します。効率的な連携と研究成果の社会活用を示しています。現在当社で働いている以前の同僚と緊密な関係を築いているため、私たちの研究は学術界の外にも急速に影響を与えています」とラーズ・ハルトマン氏は言います。
資料はリンシェーピング大学から提供されました。原作はモニカ・ウェストマン・スヴェンセリウス。注: コンテンツはスタイルや長さのために編集される場合があります。
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投稿日時: 2020 年 5 月 11 日