Nagbibigay ang bagong paraan ng matatag na transistors: Transmorphic epitaxial growth ng AlN nucleation layers sa SiC substrates para sa high-breakdown thin GaN transistors — ScienceDaily

Ang isang bagong paraan upang magkasya ang mga layer ng semiconductor na kasingnipis ng ilang nanometer ay nagresulta hindi lamang sa isang siyentipikong pagtuklas kundi pati na rin ng isang bagong uri ng transistor para sa mga high-power na elektronikong aparato. Ang resulta, na inilathala sa Applied Physics Letters, ay nakapukaw ng malaking interes.

Ang tagumpay ay resulta ng malapit na pakikipagtulungan sa pagitan ng mga siyentipiko sa Linköping University at SweGaN, isang spin-off na kumpanya mula sa pananaliksik sa agham ng materyales sa LiU. Gumagawa ang kumpanya ng mga pinasadyang elektronikong sangkap mula sa gallium nitride.

Ang Gallium nitride, GaN, ay isang semiconductor na ginagamit para sa mahusay na light-emitting diodes. Gayunpaman, maaari rin itong maging kapaki-pakinabang sa iba pang mga aplikasyon, tulad ng mga transistor, dahil maaari itong makatiis ng mas mataas na temperatura at kasalukuyang lakas kaysa sa maraming iba pang semiconductors. Ang mga ito ay mahalagang katangian para sa hinaharap na mga elektronikong bahagi, hindi bababa sa mga ginagamit sa mga de-kuryenteng sasakyan.

Ang singaw ng gallium nitride ay pinapayagang mag-condense sa isang wafer ng silicon carbide, na bumubuo ng isang manipis na patong. Ang paraan kung saan ang isang mala-kristal na materyal ay lumaki sa isang substrate ng isa pa ay kilala bilang "epitaxy." Ang pamamaraan ay madalas na ginagamit sa industriya ng semiconductor dahil ito ay nagbibigay ng malaking kalayaan sa pagtukoy ng parehong kristal na istraktura at ang kemikal na komposisyon ng nanometer film na nabuo.

Ang kumbinasyon ng gallium nitride, GaN, at silicon carbide, SiC (na parehong makatiis ng malalakas na electric field), ay nagsisiguro na ang mga circuit ay angkop para sa mga aplikasyon kung saan ang mataas na kapangyarihan ay kinakailangan.

Ang magkasya sa ibabaw sa pagitan ng dalawang kristal na materyales, gallium nitride at silicon carbide, ay, gayunpaman, mahirap. Ang mga atom ay nagtatapos sa hindi pagkakatugma sa isa't isa, na humahantong sa pagkabigo ng transistor. Ito ay natugunan ng pananaliksik, na kasunod na humantong sa isang komersyal na solusyon, kung saan ang isang mas manipis na layer ng aluminum nitride ay inilagay sa pagitan ng dalawang layer.

Ang mga inhinyero sa SweGaN ay nagkataon na napansin na ang kanilang mga transistor ay maaaring makayanan ang mas mataas na lakas ng field kaysa sa inaasahan nila, at hindi nila unang maunawaan kung bakit. Ang sagot ay matatagpuan sa atomic level — sa ilang kritikal na intermediate surface sa loob ng mga bahagi.

Ang mga mananaliksik sa LiU at SweGaN, na pinamumunuan ni LiU's Lars Hultman at Jun Lu, ay nagpapakita sa Applied Physics Letters ng isang paliwanag tungkol sa phenomenon, at naglalarawan ng isang paraan sa paggawa ng mga transistor na may mas higit na kakayahang makatiis ng matataas na boltahe.

Natuklasan ng mga siyentipiko ang isang dating hindi kilalang mekanismo ng paglago ng epitaxial na pinangalanan nilang "transmorphic epitaxial growth." Ito ay nagiging sanhi ng strain sa pagitan ng iba't ibang mga layer na unti-unting hinihigop sa isang pares ng mga layer ng mga atom. Nangangahulugan ito na maaari nilang palaguin ang dalawang layer, gallium nitride at aluminum nitride, sa silicon carbide sa paraang para makontrol sa atomic level kung paano nauugnay ang mga layer sa isa't isa sa materyal. Sa laboratoryo ipinakita nila na ang materyal ay lumalaban sa mataas na boltahe, hanggang sa 1800 V. Kung ang gayong boltahe ay inilagay sa isang klasikong sangkap na nakabatay sa silikon, magsisimulang lumipad ang mga spark at ang transistor ay masisira.

"Binabati namin ang SweGaN habang sinisimulan nilang i-market ang imbensyon. Ito ay nagpapakita ng mahusay na pakikipagtulungan at ang paggamit ng mga resulta ng pananaliksik sa lipunan. Dahil sa malapit na pakikipag-ugnayan namin sa aming mga dating kasamahan na ngayon ay nagtatrabaho para sa kumpanya, ang aming pananaliksik ay mabilis na may epekto din sa labas ng akademikong mundo, "sabi ni Lars Hultman.

Mga materyales na ibinigay ng Linköping University. Orihinal na isinulat ni Monica Westman Svenselius. Tandaan: Maaaring i-edit ang nilalaman para sa istilo at haba.

Kunin ang pinakabagong balita sa agham gamit ang mga libreng email newsletter ng ScienceDaily, na ina-update araw-araw at lingguhan. O tingnan ang oras-oras na na-update na mga newsfeed sa iyong RSS reader:

Sabihin sa amin kung ano ang tingin mo sa ScienceDaily — tinatanggap namin ang parehong positibo at negatibong komento. Mayroon bang anumang mga problema sa paggamit ng site? Mga tanong?