Новий метод поєднання шарів напівпровідників товщиною в кілька нанометрів призвів не тільки до наукового відкриття, але й до нового типу транзисторів для потужних електронних пристроїв. Результат, опублікований у Applied Physics Letters, викликав величезний інтерес.
Це досягнення є результатом тісної співпраці між вченими з Університету Лінчепінга та SweGaN, компанією, яка є допоміжною компанією, що займається матеріалознавчими дослідженнями в LiU. Компанія виробляє спеціальні електронні компоненти з нітриду галію.
Нітрид галію, GaN, є напівпровідником, який використовується для ефективних світлодіодів. Однак він також може бути корисним для інших застосувань, наприклад, для транзисторів, оскільки він може витримувати вищі температури та силу струму, ніж багато інших напівпровідників. Це важливі властивості майбутніх електронних компонентів, не в останню чергу для тих, що використовуються в електромобілях.
Пари нітриду галію конденсуються на пластині карбіду кремнію, утворюючи тонке покриття. Метод, за якого один кристалічний матеріал вирощують на підкладці іншого, відомий як «епітаксія». Метод часто використовується в напівпровідниковій промисловості, оскільки він надає велику свободу визначення як кристалічної структури, так і хімічного складу сформованої нанометрової плівки.
Поєднання нітриду галію, GaN і карбіду кремнію, SiC (обидва з яких можуть витримувати сильні електричні поля), гарантує, що схеми підходять для застосувань, у яких потрібна висока потужність.
Однак поверхневе збіг між двома кристалічними матеріалами, нітридом галію та карбідом кремнію, є поганим. Атоми виявляються невідповідними один одному, що призводить до виходу з ладу транзистора. Це було розглянуто в ході досліджень, які згодом привели до комерційного рішення, у якому ще тонший шар нітриду алюмінію поміщали між двома шарами.
Інженери SweGaN випадково помітили, що їхні транзистори можуть справлятися зі значно вищою напруженістю поля, ніж вони очікували, і спочатку не могли зрозуміти, чому. Відповідь можна знайти на атомному рівні — на кількох критичних проміжних поверхнях всередині компонентів.
Дослідники LiU та SweGaN на чолі з Ларсом Хултманом і Джун Лу з LiU представляють у Applied Physics Letters пояснення цього явища та описують метод виробництва транзисторів із ще більшою здатністю витримувати високу напругу.
Вчені виявили раніше невідомий механізм епітаксійного росту, який вони назвали «трансморфним епітаксіальним ростом». Це призводить до того, що деформація між різними шарами поступово поглинається через пару шарів атомів. Це означає, що вони можуть виростити два шари, нітрид галію та нітрид алюмінію, на карбіді кремнію таким чином, щоб контролювати на атомному рівні, як шари пов’язані один з одним у матеріалі. У лабораторії вони показали, що матеріал витримує високу напругу, до 1800 В. Якщо таку напругу подати на класичний компонент на основі кремнію, почнуть летіти іскри, і транзистор буде зруйнований.
«Ми вітаємо SweGaN, оскільки вони почали продавати винахід. Це свідчить про ефективну співпрацю та використання результатів досліджень у суспільстві. Завдяки тісному контакту, який ми маємо з нашими попередніми колегами, які зараз працюють у компанії, наше дослідження швидко має вплив навіть за межами академічного світу», — говорить Ларс Хультман.
Матеріали надані Лінчепінгським університетом. Оригінал, написаний Монікою Вестман Свенселіус. Примітка. Вміст можна редагувати за стилем і довжиною.
Отримуйте останні наукові новини за допомогою безкоштовних інформаційних бюлетенів ScienceDaily, які оновлюються щодня та щотижня. Або переглядайте стрічки новин, що оновлюються щогодини, у вашому RSS-рідері:
Розкажіть нам, що ви думаєте про ScienceDaily — ми раді як позитивним, так і негативним коментарям. Виникли проблеми з використанням сайту? Запитання?
Час публікації: 11 травня 2020 р