Naujas metodas, leidžiantis sujungti kelių nanometrų plonumo puslaidininkių sluoksnius, lėmė ne tik mokslinį atradimą, bet ir naujo tipo tranzistorių, skirtą didelės galios elektroniniams prietaisams. Rezultatas, paskelbtas Applied Physics Letters, sukėlė didžiulį susidomėjimą.
Šis pasiekimas yra glaudaus Linköpingo universiteto mokslininkų ir LiU medžiagų mokslo tyrimų bendrovės SweGaN bendradarbiavimo rezultatas. Įmonė gamina specialiai pritaikytus elektroninius komponentus iš galio nitrido.
Galio nitridas, GaN, yra puslaidininkis, naudojamas efektyviems šviesos diodams. Tačiau jis gali būti naudingas ir kitose srityse, pavyzdžiui, tranzistoriuose, nes gali atlaikyti aukštesnę temperatūrą ir srovės stiprumą nei daugelis kitų puslaidininkių. Tai svarbios būsimų elektroninių komponentų savybės, ypač tų, kurie naudojami elektrinėse transporto priemonėse.
Galio nitrido garams leidžiama kondensuotis ant silicio karbido plokštelės, suformuojant ploną dangą. Metodas, kai viena kristalinė medžiaga auginama ant kitos substrato, žinomas kaip „epitaksija“. Šis metodas dažnai naudojamas puslaidininkių pramonėje, nes suteikia didelę laisvę nustatant susidariusios nanometrinės plėvelės kristalinę struktūrą ir cheminę sudėtį.
Galio nitrido, GaN ir silicio karbido SiC (abu gali atlaikyti stiprius elektrinius laukus) derinys užtikrina, kad grandinės būtų tinkamos naudoti, kai reikia didelės galios.
Tačiau dviejų kristalinių medžiagų, galio nitrido ir silicio karbido, paviršiaus sutapimas yra prastas. Atomai nesutampa vienas su kitu, o tai lemia tranzistoriaus gedimą. Tai buvo išspręsta atliekant mokslinius tyrimus, kurie vėliau paskatino komercinį sprendimą, kuriame tarp dviejų sluoksnių buvo dedamas dar plonesnis aliuminio nitrido sluoksnis.
SweGaN inžinieriai atsitiktinai pastebėjo, kad jų tranzistoriai gali susidoroti su žymiai didesniu lauko stiprumu, nei jie tikėjosi, ir iš pradžių negalėjo suprasti, kodėl. Atsakymą galima rasti atominiame lygmenyje – keliuose kritiniuose tarpiniuose paviršiuose komponentų viduje.
LiU ir SweGaN mokslininkai, vadovaujami LiU Larso Hultmano ir Jun Lu, žurnale Applied Physics Letters pateikia šio reiškinio paaiškinimą ir aprašo tranzistorių, turinčių dar didesnį gebėjimą atlaikyti aukštą įtampą, gamybos metodą.
Mokslininkai atrado anksčiau nežinomą epitaksinio augimo mechanizmą, kurį pavadino „transmorfiniu epitaksiniu augimu“. Dėl to įtampa tarp skirtingų sluoksnių palaipsniui absorbuojama per porą atomų sluoksnių. Tai reiškia, kad jie gali auginti du sluoksnius, galio nitridą ir aliuminio nitridą, ant silicio karbido taip, kad atominiu lygmeniu būtų galima kontroliuoti, kaip medžiagos sluoksniai yra susiję vienas su kitu. Laboratorijoje jie parodė, kad medžiaga atlaiko aukštą įtampą, iki 1800 V. Jei tokia įtampa būtų perduota klasikiniam silicio pagrindu pagamintam komponentui, pradėtų skraidyti kibirkštys ir tranzistorius būtų sunaikintas.
„Sveikiname SweGaN, kai jie pradeda prekiauti išradimu. Tai rodo efektyvų bendradarbiavimą ir mokslinių tyrimų rezultatų panaudojimą visuomenėje. Dėl glaudaus ryšio su ankstesniais kolegomis, kurie dabar dirba įmonėje, mūsų tyrimai greitai daro poveikį ir už akademinio pasaulio ribų“, – sako Larsas Hultmanas.
Medžiaga, kurią pateikė Linköpingo universitetas. Originalą parašė Monica Westman Svenselius. Pastaba: turinys gali būti redaguojamas pagal stilių ir ilgį.
Gaukite naujausias mokslo naujienas naudodami nemokamus ScienceDaily naujienlaiškius el. paštu, atnaujinamus kasdien ir kas savaitę. Arba peržiūrėkite kas valandą atnaujinamus naujienų kanalus savo RSS skaitytuve:
Pasakykite mums, ką manote apie ScienceDaily – laukiame tiek teigiamų, tiek neigiamų komentarų. Ar turite problemų naudojant svetainę? Klausimai?
Paskelbimo laikas: 2020-05-11