Nová metóda spájania vrstiev polovodičov tenkých len niekoľko nanometrov viedla nielen k vedeckému objavu, ale aj k novému typu tranzistora pre vysokovýkonné elektronické zariadenia. Výsledok publikovaný v Applied Physics Letters vzbudil obrovský záujem.
Tento úspech je výsledkom úzkej spolupráce medzi vedcami z Linköping University a SweGaN, vedľajšou spoločnosťou z výskumu materiálovej vedy na LiU. Spoločnosť vyrába elektronické súčiastky na mieru z nitridu gália.
Nitrid gália, GaN, je polovodič používaný pre efektívne diódy vyžarujúce svetlo. Môže však byť užitočný aj v iných aplikáciách, ako sú tranzistory, pretože môže odolať vyšším teplotám a prúdovým silám ako mnohé iné polovodiče. Toto sú dôležité vlastnosti pre budúce elektronické komponenty, v neposlednom rade pre komponenty používané v elektrických vozidlách.
Pary nitridu gália sa nechajú kondenzovať na plátku karbidu kremíka, čím sa vytvorí tenký povlak. Metóda, pri ktorej jeden kryštalický materiál rastie na substráte iného, je známa ako „epitaxia“. Metóda sa často používa v polovodičovom priemysle, pretože poskytuje veľkú voľnosť pri určovaní kryštálovej štruktúry a chemického zloženia vytvoreného nanometrového filmu.
Kombinácia nitridu gália, GaN a karbidu kremíka, SiC (obe znesú silné elektrické polia), zaisťuje, že obvody sú vhodné pre aplikácie, v ktorých sú potrebné vysoké výkony.
Súlad na povrchu medzi dvoma kryštalickými materiálmi, nitridom gália a karbidom kremíka, je však slabý. Atómy sa nakoniec navzájom nezhodujú, čo vedie k poruche tranzistora. Toto riešil výskum, ktorý následne viedol ku komerčnému riešeniu, v ktorom bola medzi dve vrstvy umiestnená ešte tenšia vrstva nitridu hliníka.
Inžinieri zo SweGaN si náhodou všimli, že ich tranzistory sa dokážu vyrovnať s výrazne vyššou intenzitou poľa, než očakávali, a spočiatku nevedeli pochopiť prečo. Odpoveď možno nájsť na atómovej úrovni – v niekoľkých kritických medziľahlých povrchoch vo vnútri komponentov.
Výskumníci z LiU a SweGaN, vedení Larsom Hultmanom a Jun Lu z LiU, prezentujú v Applied Physics Letters vysvetlenie tohto javu a opisujú metódu výroby tranzistorov s ešte väčšou schopnosťou odolávať vysokému napätiu.
Vedci objavili doteraz neznámy mechanizmus epitaxného rastu, ktorý nazvali „transmorfný epitaxný rast“. Spôsobuje, že napätie medzi rôznymi vrstvami sa postupne absorbuje cez niekoľko vrstiev atómov. To znamená, že môžu pestovať dve vrstvy, nitrid gália a nitrid hliníka, na karbide kremíka takým spôsobom, aby na atómovej úrovni kontrolovali, ako sú vrstvy v materiáli navzájom prepojené. V laboratóriu dokázali, že materiál odolá vysokému napätiu, až 1800 V. Ak by sa takéto napätie umiestnilo na klasickú súčiastku na báze kremíka, začali by lietať iskry a tranzistor by sa zničil.
„Blahoželáme spoločnosti SweGaN, keď začína uvádzať vynález na trh. Ukazuje efektívnu spoluprácu a využitie výsledkov výskumu v spoločnosti. Vďaka úzkemu kontaktu s našimi predchádzajúcimi kolegami, ktorí teraz pre spoločnosť pracujú, má náš výskum rýchly dosah aj mimo akademického sveta,“ hovorí Lars Hultman.
Materiály poskytnuté Univerzitou Linköping. Originál napísala Monica Westman Svenselius. Poznámka: Štýl a dĺžku obsahu možno upraviť.
Získajte najnovšie vedecké správy pomocou bezplatných e-mailových bulletinov ScienceDaily, ktoré sa aktualizujú denne a týždenne. Alebo si prezrite každú hodinu aktualizované informačné kanály vo vašej čítačke RSS:
Povedzte nám, čo si myslíte o ScienceDaily – vítame pozitívne aj negatívne komentáre. Máte nejaké problémy s používaním stránky? otázky?
Čas odoslania: 11. máj 2020