En ny metode for å sette sammen lag med halvledere så tynne som noen få nanometer har resultert i ikke bare en vitenskapelig oppdagelse, men også en ny type transistor for elektroniske enheter med høy effekt. Resultatet, publisert i Applied Physics Letters, har vakt enorm interesse.
Prestasjonen er et resultat av et nært samarbeid mellom forskere ved Linköpings universitet og SweGaN, et spin-off-selskap fra materialvitenskapelig forskning ved LiU. Selskapet produserer skreddersydde elektroniske komponenter fra galliumnitrid.
Galliumnitrid, GaN, er en halvleder som brukes til effektive lysemitterende dioder. Det kan imidlertid også være nyttig i andre applikasjoner, for eksempel transistorer, siden det tåler høyere temperaturer og strømstyrker enn mange andre halvledere. Dette er viktige egenskaper for fremtidige elektroniske komponenter, ikke minst for de som brukes i elektriske kjøretøy.
Galliumnitriddamp tillates å kondensere på en skive av silisiumkarbid, og danner et tynt belegg. Metoden der ett krystallinsk materiale dyrkes på et substrat til et annet er kjent som "epitaxy." Metoden brukes ofte i halvlederindustrien siden den gir stor frihet til å bestemme både krystallstrukturen og den kjemiske sammensetningen av nanometerfilmen som dannes.
Kombinasjonen av galliumnitrid, GaN, og silisiumkarbid, SiC (som begge tåler sterke elektriske felt), sørger for at kretsene egner seg for applikasjoner hvor det er behov for høye effekter.
Passformen på overflaten mellom de to krystallinske materialene, galliumnitrid og silisiumkarbid, er imidlertid dårlig. Atomene ender opp med å ikke matche hverandre, noe som fører til svikt i transistoren. Dette har blitt tatt tak i av forskning, som i ettertid førte til en kommersiell løsning, der det ble lagt et enda tynnere lag med aluminiumnitrid mellom de to lagene.
Ingeniørene ved SweGaN la ved en tilfeldighet merke til at transistorene deres kunne takle betydelig høyere feltstyrker enn de hadde forventet, og de kunne i utgangspunktet ikke forstå hvorfor. Svaret kan finnes på atomnivå - i et par kritiske mellomflater inne i komponentene.
Forskere ved LiU og SweGaN, ledet av LiUs Lars Hultman og Jun Lu, presenterer i Applied Physics Letters en forklaring på fenomenet, og beskriver en metode for å produsere transistorer med enda større evne til å tåle høye spenninger.
Forskerne har oppdaget en tidligere ukjent epitaksial vekstmekanisme som de har kalt "transmorf epitaksial vekst." Det fører til at belastningen mellom de forskjellige lagene gradvis absorberes over et par lag med atomer. Dette betyr at de kan dyrke de to lagene, galliumnitrid og aluminiumnitrid, på silisiumkarbid på en måte som kontrollerer på atomnivå hvordan lagene er relatert til hverandre i materialet. I laboratoriet har de vist at materialet tåler høye spenninger, opp til 1800 V. Dersom en slik spenning ble plassert over en klassisk silisiumbasert komponent, ville gnister begynne å fly og transistoren ville bli ødelagt.
"Vi gratulerer SweGaN når de begynner å markedsføre oppfinnelsen. Det viser effektivt samarbeid og utnyttelse av forskningsresultater i samfunnet. På grunn av den nære kontakten vi har med våre tidligere kolleger som nå jobber for selskapet, får forskningen vår raskt innvirkning også utenfor den akademiske verden, sier Lars Hultman.
Materialer levert av Linköpings universitet. Original skrevet av Monica Westman Svenselius. Merk: Innhold kan redigeres for stil og lengde.
Få de siste vitenskapsnyhetene med ScienceDailys gratis nyhetsbrev på e-post, som oppdateres daglig og ukentlig. Eller se oppdaterte nyhetsfeeder hver time i RSS-leseren din:
Fortell oss hva du synes om ScienceDaily - vi tar gjerne imot både positive og negative kommentarer. Har du problemer med å bruke siden? Spørsmål?
Innleggstid: 11. mai 2020