Kaedah baharu untuk memuatkan bersama lapisan semikonduktor setipis beberapa nanometer telah menghasilkan bukan sahaja penemuan saintifik tetapi juga jenis transistor baharu untuk peranti elektronik berkuasa tinggi. Hasilnya, yang diterbitkan dalam Surat Fizik Gunaan, telah menimbulkan minat yang besar.
Pencapaian itu adalah hasil kerjasama rapat antara saintis di Universiti Linköping dan SweGaN, sebuah syarikat spin-off daripada penyelidikan sains bahan di LiU. Syarikat itu mengeluarkan komponen elektronik yang disesuaikan daripada galium nitrida.
Gallium nitride, GaN, ialah semikonduktor yang digunakan untuk diod pemancar cahaya yang cekap. Walau bagaimanapun, ia mungkin juga berguna dalam aplikasi lain, seperti transistor, kerana ia boleh menahan suhu dan kekuatan semasa yang lebih tinggi daripada kebanyakan semikonduktor lain. Ini adalah sifat penting untuk komponen elektronik masa hadapan, tidak kurang untuk yang digunakan dalam kenderaan elektrik.
Wap galium nitrida dibiarkan terpeluwap pada wafer silikon karbida, membentuk salutan nipis. Kaedah di mana satu bahan kristal ditanam pada substrat yang lain dikenali sebagai "epitaksi." Kaedah ini sering digunakan dalam industri semikonduktor kerana ia memberikan kebebasan yang besar dalam menentukan kedua-dua struktur kristal dan komposisi kimia filem nanometer yang terbentuk.
Gabungan galium nitrida, GaN dan silikon karbida, SiC (kedua-duanya boleh menahan medan elektrik yang kuat), memastikan litar itu sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kuasa tinggi.
Kesesuaian pada permukaan antara dua bahan kristal, galium nitrida dan silikon karbida, bagaimanapun, adalah lemah. Atom akhirnya tidak sepadan antara satu sama lain, yang membawa kepada kegagalan transistor. Ini telah ditangani oleh penyelidikan, yang kemudiannya membawa kepada penyelesaian komersial, di mana lapisan aluminium nitrida yang lebih nipis diletakkan di antara dua lapisan.
Jurutera di SweGaN secara kebetulan menyedari bahawa transistor mereka boleh mengatasi kekuatan medan yang jauh lebih tinggi daripada yang mereka jangkakan, dan mereka tidak dapat memahami sebabnya pada mulanya. Jawapannya boleh didapati pada peringkat atom — dalam beberapa permukaan perantaraan kritikal di dalam komponen.
Penyelidik di LiU dan SweGaN, diketuai oleh Lars Hultman dan Jun Lu dari LiU, membentangkan dalam Surat Fizik Gunaan penjelasan tentang fenomena itu, dan menerangkan kaedah untuk mengeluarkan transistor dengan keupayaan yang lebih besar untuk menahan voltan tinggi.
Para saintis telah menemui mekanisme pertumbuhan epitaxial yang tidak diketahui sebelum ini yang mereka namakan "pertumbuhan epitaxial transmorphic." Ia menyebabkan ketegangan antara lapisan yang berbeza diserap secara beransur-ansur merentasi beberapa lapisan atom. Ini bermakna bahawa mereka boleh mengembangkan dua lapisan, galium nitrida dan aluminium nitrida, pada silikon karbida dengan cara untuk mengawal pada tahap atom bagaimana lapisan berkaitan antara satu sama lain dalam bahan. Di makmal mereka telah menunjukkan bahawa bahan itu menahan voltan tinggi, sehingga 1800 V. Jika voltan sedemikian diletakkan merentasi komponen berasaskan silikon klasik, percikan api akan mula berterbangan dan transistor akan musnah.
“Kami mengucapkan tahniah kepada SweGaN kerana mereka mula memasarkan ciptaan itu. Ia menunjukkan kerjasama yang cekap dan penggunaan hasil penyelidikan dalam masyarakat. Disebabkan hubungan rapat yang kami ada dengan rakan sekerja kami sebelum ini yang kini bekerja untuk syarikat itu, penyelidikan kami dengan pantas memberi kesan juga di luar dunia akademik,” kata Lars Hultman.
Bahan disediakan oleh Universiti Linköping. Asal ditulis oleh Monica Westman Svenselius. Nota: Kandungan boleh diedit untuk gaya dan panjang.
Dapatkan berita sains terkini dengan surat berita e-mel percuma ScienceDaily, dikemas kini setiap hari dan mingguan. Atau lihat suapan berita yang dikemas kini setiap jam dalam pembaca RSS anda:
Beritahu kami pendapat anda tentang ScienceDaily — kami mengalu-alukan komen positif dan negatif. Ada sebarang masalah menggunakan tapak? Soalan?
Masa siaran: 11 Mei 2020