Jauna metode, kā savienot kopā pusvadītāju slāņus, kas ir tik plāni kā daži nanometri, ir radījis ne tikai zinātnisku atklājumu, bet arī jauna veida tranzistoru lieljaudas elektroniskām ierīcēm. Rezultāts, kas publicēts Applied Physics Letters, ir izraisījis milzīgu interesi.
Šis sasniegums ir ciešas sadarbības rezultāts starp Linkēpingas universitātes zinātniekiem un SweGaN, kas ir LiU materiālu zinātnes pētījumu atdalītais uzņēmums. Uzņēmums ražo pielāgotas elektroniskās sastāvdaļas no gallija nitrīda.
Gallija nitrīds, GaN, ir pusvadītājs, ko izmanto efektīvām gaismas diodēm. Tomēr tas var būt noderīgs arī citos lietojumos, piemēram, tranzistoros, jo tas var izturēt augstāku temperatūru un strāvas stiprumu nekā daudzi citi pusvadītāji. Tās ir svarīgas nākotnes elektronisko komponentu īpašības, īpaši tiem, ko izmanto elektriskajos transportlīdzekļos.
Gallija nitrīda tvaikiem ļauj kondensēties uz silīcija karbīda plāksnītes, veidojot plānu pārklājumu. Metode, kurā vienu kristālisku materiālu audzē uz cita substrāta, ir pazīstama kā “epitaksija”. Šo metodi bieži izmanto pusvadītāju rūpniecībā, jo tā nodrošina lielu brīvību izveidotās nanometru plēves kristāla struktūras un ķīmiskā sastāva noteikšanā.
Gallija nitrīda, GaN un silīcija karbīda SiC kombinācija (abi var izturēt spēcīgus elektriskos laukus) nodrošina, ka ķēdes ir piemērotas lietojumiem, kuros nepieciešama liela jauda.
Tomēr divu kristālisko materiālu, gallija nitrīda un silīcija karbīda, virsmas atbilstība ir vāja. Atomi galu galā nesakrīt viens ar otru, kas noved pie tranzistora kļūmes. Tas tika risināts pētījumos, kas pēc tam noveda pie komerciāla risinājuma, kurā starp diviem slāņiem tika novietots vēl plānāks alumīnija nitrīda slānis.
SweGaN inženieri nejauši pamanīja, ka viņu tranzistori spēj tikt galā ar ievērojami lielāku lauka stiprumu, nekā viņi bija gaidījuši, un sākotnēji viņi nevarēja saprast, kāpēc. Atbildi var atrast atomu līmenī — pāris kritiskās starpvirsmās komponentu iekšpusē.
LiU un SweGaN pētnieki, kuru vadīja LiU Lars Hultman un Jun Lu, izdevumā Applied Physics Letters sniedz šīs parādības skaidrojumu un apraksta metodi tranzistoru izgatavošanai ar vēl lielāku spēju izturēt augstu spriegumu.
Zinātnieki ir atklājuši iepriekš nezināmu epitaksiālās augšanas mehānismu, ko viņi ir nosaukuši par "transmorfisku epitaksisku augšanu". Tas izraisa deformāciju starp dažādiem slāņiem, kas pakāpeniski absorbējas pāri pāris atomu slāņiem. Tas nozīmē, ka tie var audzēt divus slāņus, gallija nitrīdu un alumīnija nitrīdu, uz silīcija karbīda tā, lai atomu līmenī kontrolētu, kā slāņi ir saistīti viens ar otru materiālā. Laboratorijā viņi ir parādījuši, ka materiāls iztur augstu spriegumu, līdz 1800 V. Ja šāds spriegums tiktu novietots pāri klasiskai silīcija komponentei, sāktu lidot dzirksteles un tranzistors tiktu iznīcināts.
“Mēs apsveicam SweGaN, kad viņi sāk tirgot šo izgudrojumu. Tas liecina par efektīvu sadarbību un pētījumu rezultātu izmantošanu sabiedrībā. Pateicoties ciešajam kontaktam ar mūsu iepriekšējiem kolēģiem, kuri tagad strādā uzņēmumā, mūsu pētījumi strauji ietekmē arī ārpus akadēmiskās pasaules,” saka Larss Hultmans.
Materiāli, ko nodrošina Linkēpingas Universitāte. Oriģinālu rakstījusi Monika Vestmane Svenselius. Piezīme. Saturu var rediģēt pēc stila un garuma.
Saņemiet jaunākās zinātnes ziņas, izmantojot ScienceDaily bezmaksas e-pasta biļetenus, kas tiek atjaunināti katru dienu un katru nedēļu. Vai skatiet katru stundu atjauninātās ziņu plūsmas savā RSS lasītājā:
Pastāstiet mums, ko domājat par ScienceDaily — mēs atzinīgi vērtējam gan pozitīvus, gan negatīvus komentārus. Vai ir problēmas ar vietnes lietošanu? Jautājumi?
Publicēšanas laiks: 2020. gada 11. maijs