O nouă metodă de a îmbina straturi de semiconductori subțiri cât câțiva nanometri a dus nu numai la o descoperire științifică, ci și la un nou tip de tranzistor pentru dispozitive electronice de mare putere. Rezultatul, publicat în Applied Physics Letters, a stârnit un interes enorm.
Realizarea este rezultatul unei strânse colaborări între oamenii de știință de la Universitatea Linköping și SweGaN, o companie spin-off din cercetarea științei materialelor de la LiU. Compania produce componente electronice personalizate din nitrură de galiu.
Nitrura de galiu, GaN, este un semiconductor folosit pentru diode emițătoare de lumină eficiente. Cu toate acestea, poate fi util și în alte aplicații, cum ar fi tranzistoarele, deoarece poate rezista la temperaturi mai mari și la intensități ale curentului decât mulți alți semiconductori. Acestea sunt proprietăți importante pentru componentele electronice viitoare, nu în ultimul rând pentru cele utilizate în vehiculele electrice.
Vaporii de nitrură de galiu sunt lăsați să se condenseze pe o placă de carbură de siliciu, formând o acoperire subțire. Metoda prin care un material cristalin este crescut pe un substrat al altuia este cunoscută sub numele de „epitaxie”. Metoda este adesea folosită în industria semiconductoarelor, deoarece oferă o mare libertate în determinarea atât a structurii cristaline, cât și a compoziției chimice a peliculei nanometrice formate.
Combinația de nitrură de galiu, GaN și carbură de siliciu, SiC (ambele pot rezista la câmpuri electrice puternice), asigură că circuitele sunt potrivite pentru aplicații în care sunt necesare puteri mari.
Potrivirea la suprafata dintre cele doua materiale cristaline, nitrura de galiu si carbura de siliciu, este insa slaba. Atomii ajung să nu se potrivească între ei, ceea ce duce la defectarea tranzistorului. Acest lucru a fost abordat de cercetări, care au condus ulterior la o soluție comercială, în care un strat și mai subțire de nitrură de aluminiu a fost plasat între cele două straturi.
Inginerii de la SweGaN au observat întâmplător că tranzistoarele lor ar putea face față unor intensități de câmp semnificativ mai mari decât se așteptau și nu au putut înțelege inițial de ce. Răspunsul poate fi găsit la nivel atomic - în câteva suprafețe intermediare critice din interiorul componentelor.
Cercetătorii de la LiU și SweGaN, conduși de Lars Hultman și Jun Lu de la LiU, prezintă în Applied Physics Letters o explicație a fenomenului și descriu o metodă de fabricare a tranzistorilor cu o capacitate și mai mare de a rezista la tensiuni înalte.
Oamenii de știință au descoperit un mecanism de creștere epitaxială necunoscut anterior, pe care l-au numit „creștere epitaxială transmorfă”. Aceasta face ca tensiunea dintre diferitele straturi să fie absorbită treptat pe câteva straturi de atomi. Aceasta înseamnă că pot crește cele două straturi, nitrură de galiu și nitrură de aluminiu, pe carbură de siliciu astfel încât să controleze la nivel atomic modul în care straturile sunt legate între ele în material. În laborator au demonstrat că materialul rezistă la tensiuni înalte, de până la 1800 V. Dacă o astfel de tensiune ar fi plasată pe o componentă clasică pe bază de siliciu, scânteile ar începe să zboare și tranzistorul ar fi distrus.
„Felicităm SweGaN pentru că încep să comercializeze invenția. Ea arată o colaborare eficientă și utilizarea rezultatelor cercetării în societate. Datorită contactului strâns pe care îl avem cu colegii noștri anteriori care lucrează acum pentru companie, cercetarea noastră are rapid un impact și în afara lumii academice”, spune Lars Hultman.
Materiale furnizate de Universitatea Linköping. Original scris de Monica Westman Svenselius. Notă: conținutul poate fi editat pentru stil și lungime.
Obțineți cele mai recente știri științifice cu buletinele informative gratuite de la ScienceDaily, actualizate zilnic și săptămânal. Sau vizualizați fluxuri de știri actualizate din oră în cititorul dvs. RSS:
Spuneți-ne ce părere aveți despre ScienceDaily - binevenim atât comentariile pozitive, cât și negative. Aveți probleme la utilizarea site-ului? Întrebări?
Ora postării: 11-mai-2020