Новый метод соединения слоев полупроводников толщиной всего в несколько нанометров привел не только к научному открытию, но и к созданию нового типа транзистора для мощных электронных устройств. Результат, опубликованный в журнале Applied Physics Letters, вызвал огромный интерес.
Это достижение является результатом тесного сотрудничества ученых из Университета Линчепинга и SweGaN, компании, дочерней компании, занимающейся исследованиями в области материаловедения в LiU. Компания производит индивидуальные электронные компоненты из нитрида галлия.
Нитрид галлия GaN — полупроводник, используемый для изготовления эффективных светодиодов. Однако он также может быть полезен в других приложениях, таких как транзисторы, поскольку он может выдерживать более высокие температуры и силы тока, чем многие другие полупроводники. Это важные свойства для будущих электронных компонентов, в том числе для тех, которые используются в электромобилях.
Пары нитрида галлия конденсируются на пластине карбида кремния, образуя тонкое покрытие. Метод, при котором один кристаллический материал выращивается на подложке другого, известен как «эпитаксии». Этот метод часто используется в полупроводниковой промышленности, поскольку он обеспечивает большую свободу в определении как кристаллической структуры, так и химического состава образующейся нанометровой пленки.
Комбинация нитрида галлия GaN и карбида кремния SiC (оба из которых могут выдерживать сильные электрические поля) гарантирует, что схемы подходят для применений, в которых необходимы высокие мощности.
Однако прилегание на поверхности двух кристаллических материалов, нитрида галлия и карбида кремния, плохое. Атомы в конечном итоге не совпадают друг с другом, что приводит к выходу из строя транзистора. Эта проблема была решена в ходе исследований, которые впоследствии привели к коммерческому решению, в котором между двумя слоями был помещен еще более тонкий слой нитрида алюминия.
Инженеры SweGaN случайно заметили, что их транзисторы могут выдерживать значительно более высокую напряженность поля, чем они ожидали, и поначалу не могли понять, почему. Ответ можно найти на атомарном уровне — в паре критически важных промежуточных поверхностей внутри компонентов.
Исследователи из LiU и SweGaN во главе с Ларсом Хультманом и Джун Лу из LiU представили в журнале Applied Physics Letters объяснение этого явления и описали метод производства транзисторов с еще большей способностью выдерживать высокие напряжения.
Ученые обнаружили ранее неизвестный механизм эпитаксиального роста, который они назвали «трансморфным эпитаксиальным ростом». Это приводит к тому, что напряжение между различными слоями постепенно поглощается парой слоев атомов. Это означает, что они могут вырастить два слоя, нитрид галлия и нитрид алюминия, на карбиде кремния таким образом, чтобы на атомном уровне контролировать, как слои связаны друг с другом в материале. В лаборатории они показали, что материал выдерживает высокие напряжения, до 1800 В. Если бы такое напряжение было подано на классический компонент на основе кремния, начали бы летать искры и транзистор разрушился бы.
«Мы поздравляем SweGaN с началом продажи изобретения. Это демонстрирует эффективное сотрудничество и использование результатов исследований в обществе. Благодаря тесному контакту, который мы имеем с нашими предыдущими коллегами, которые сейчас работают в компании, наши исследования быстро оказывают влияние и за пределами академического мира», — говорит Ларс Хультман.
Материалы предоставлены Университетом Линчёпинга. Оригинал написан Моникой Вестман Свенселиус. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Получайте последние новости науки с помощью бесплатных информационных бюллетеней ScienceDaily, обновляемых ежедневно и еженедельно. Или просматривайте ежечасно обновляемые ленты новостей в вашей программе чтения RSS:
Расскажите нам, что вы думаете о ScienceDaily — мы приветствуем как положительные, так и отрицательные комментарии. Есть проблемы с использованием сайта? Вопросы?
Время публикации: 11 мая 2020 г.