몇 나노미터에 불과한 얇은 반도체 층을 서로 맞추는 새로운 방법은 과학적 발견뿐만 아니라 고전력 전자 장치를 위한 새로운 유형의 트랜지스터로 이어졌습니다. Applied Physics Letters에 게재된 결과는 큰 관심을 불러일으켰습니다.
이번 성과는 Linköping University의 과학자들과 LiU의 재료 과학 연구에서 분사한 SweGaN 간의 긴밀한 협력의 결과입니다. 이 회사는 질화갈륨으로 맞춤형 전자 부품을 제조합니다.
질화갈륨(GaN)은 효율적인 발광 다이오드에 사용되는 반도체입니다. 그러나 다른 많은 반도체보다 더 높은 온도와 전류 강도를 견딜 수 있기 때문에 트랜지스터와 같은 다른 응용 분야에도 유용할 수 있습니다. 이는 특히 전기 자동차에 사용되는 미래 전자 부품의 중요한 특성입니다.
질화갈륨 증기는 탄화규소 웨이퍼에 응축되어 얇은 코팅을 형성합니다. 하나의 결정질 물질이 다른 기판 위에 성장하는 방법을 "에피택시"라고 합니다. 이 방법은 형성된 나노미터 필름의 결정 구조와 화학적 조성을 모두 자유롭게 결정할 수 있기 때문에 반도체 산업에서 자주 사용됩니다.
갈륨 질화물, GaN 및 실리콘 카바이드인 SiC(둘 다 강한 전기장을 견딜 수 있음)의 조합은 회로가 높은 전력이 필요한 응용 분야에 적합하도록 보장합니다.
그러나 질화갈륨과 탄화규소라는 두 가지 결정성 물질 사이의 표면 적합성은 좋지 않습니다. 원자가 서로 일치하지 않아 결국 트랜지스터가 고장납니다. 이는 연구를 통해 해결되었으며, 이후 두 층 사이에 더 얇은 질화알루미늄 층을 배치하는 상용 솔루션이 탄생했습니다.
SweGaN의 엔지니어들은 우연히 자사의 트랜지스터가 예상했던 것보다 훨씬 더 높은 전계 강도에 대처할 수 있다는 사실을 발견했으며 처음에는 그 이유를 이해할 수 없었습니다. 답은 원자 수준, 즉 부품 내부의 몇 가지 중요한 중간 표면에서 찾을 수 있습니다.
LiU의 Lars Hultman과 Jun Lu가 이끄는 LiU와 SweGaN의 연구원들은 Applied Physics Letters에서 이 현상에 대한 설명을 발표하고 고전압을 견딜 수 있는 훨씬 더 뛰어난 능력을 갖춘 트랜지스터를 제조하는 방법을 설명합니다.
과학자들은 "변형 에피택셜 성장"이라고 명명한 이전에 알려지지 않은 에피택셜 성장 메커니즘을 발견했습니다. 이는 서로 다른 층 사이의 변형이 두 개의 원자 층에 걸쳐 점차적으로 흡수되도록 합니다. 이는 물질 내에서 층들이 서로 어떻게 연관되어 있는지 원자 수준에서 제어할 수 있는 방식으로 탄화규소 위에 질화갈륨과 질화알루미늄이라는 두 층을 성장시킬 수 있다는 것을 의미합니다. 실험실에서 그들은 이 물질이 최대 1800V의 고전압을 견딜 수 있다는 것을 보여주었습니다. 이러한 전압이 일반적인 실리콘 기반 구성 요소에 가해지면 스파크가 발생하기 시작하고 트랜지스터가 파괴됩니다.
“우리는 SweGaN이 발명품을 출시하기 시작한 것을 축하합니다. 효율적인 협업과 연구 결과의 사회 활용을 보여줍니다. 현재 회사에서 일하고 있는 이전 동료들과의 긴밀한 접촉 덕분에 우리의 연구는 학계 외부에도 빠르게 영향을 미치고 있습니다.”라고 Lars Hultman은 말합니다.
Linköping University에서 제공한 자료. 원본은 Monica Westman Svenselius가 작성했습니다. 참고: 콘텐츠의 스타일과 길이는 편집될 수 있습니다.
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게시 시간: 2020년 5월 11일