Một phương pháp mới để ghép các lớp bán dẫn mỏng vài nanomet lại với nhau không chỉ là một khám phá khoa học mà còn là một loại bóng bán dẫn mới dành cho các thiết bị điện tử công suất cao. Kết quả được công bố trên tạp chí Thư Vật lý Ứng dụng đã thu hút được sự quan tâm rất lớn.
Thành tựu này là kết quả của sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà khoa học tại Đại học Linköping và SweGaN, một công ty phụ thuộc hoạt động nghiên cứu khoa học vật liệu tại LiU. Công ty sản xuất các linh kiện điện tử được thiết kế riêng từ gali nitrit.
Gallium nitride, GaN, là chất bán dẫn được sử dụng cho điốt phát sáng hiệu quả. Tuy nhiên, nó cũng có thể hữu ích trong các ứng dụng khác, chẳng hạn như bóng bán dẫn, vì nó có thể chịu được nhiệt độ và cường độ dòng điện cao hơn nhiều chất bán dẫn khác. Đây là những đặc tính quan trọng đối với các linh kiện điện tử trong tương lai, nhất là đối với các linh kiện được sử dụng trong xe điện.
Hơi gali nitrit được phép ngưng tụ trên một tấm silicon cacbua, tạo thành một lớp phủ mỏng. Phương pháp trong đó một vật liệu kết tinh được trồng trên chất nền của một vật liệu khác được gọi là “epit Wax”. Phương pháp này thường được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn vì nó mang lại sự tự do lớn trong việc xác định cả cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học của màng nanomet được hình thành.
Sự kết hợp giữa gali nitrit, GaN và cacbua silic, SiC (cả hai đều có thể chịu được điện trường mạnh), đảm bảo rằng các mạch này phù hợp cho các ứng dụng cần công suất cao.
Tuy nhiên, độ ăn khớp ở bề mặt giữa hai vật liệu tinh thể, gali nitrit và cacbua silic, lại kém. Các nguyên tử cuối cùng không khớp với nhau, dẫn đến hỏng bóng bán dẫn. Điều này đã được giải quyết bằng nghiên cứu, sau đó dẫn đến một giải pháp thương mại, trong đó một lớp nhôm nitrit thậm chí còn mỏng hơn được đặt giữa hai lớp.
Các kỹ sư tại SweGaN tình cờ nhận thấy rằng bóng bán dẫn của họ có thể chịu được cường độ trường cao hơn đáng kể so với mong đợi của họ và ban đầu họ không thể hiểu tại sao. Câu trả lời có thể được tìm thấy ở cấp độ nguyên tử - trong một số bề mặt trung gian quan trọng bên trong các bộ phận.
Các nhà nghiên cứu tại LiU và SweGaN, dẫn đầu bởi Lars Hultman và Jun Lu của LiU, đã trình bày trên tạp chí Thư Vật lý Ứng dụng lời giải thích về hiện tượng này và mô tả phương pháp chế tạo bóng bán dẫn với khả năng chịu được điện áp cao thậm chí còn cao hơn.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra một cơ chế tăng trưởng epiticular chưa được biết đến trước đây mà họ đặt tên là “tăng trưởng epiticular biến hình”. Nó làm cho sức căng giữa các lớp khác nhau dần dần được hấp thụ qua một vài lớp nguyên tử. Điều này có nghĩa là họ có thể phát triển hai lớp, gali nitrit và nhôm nitrit, trên silicon cacbua theo cách để kiểm soát ở cấp độ nguyên tử mối liên hệ giữa các lớp với nhau trong vật liệu. Trong phòng thí nghiệm, họ đã chứng minh rằng vật liệu này có thể chịu được điện áp cao, lên tới 1800 V. Nếu một điện áp như vậy được đặt trên một bộ phận gốc silicon cổ điển, các tia lửa điện sẽ bắt đầu bay ra và bóng bán dẫn sẽ bị phá hủy.
“Chúng tôi chúc mừng SweGaN khi họ bắt đầu tiếp thị phát minh này. Nó cho thấy sự hợp tác hiệu quả và việc sử dụng các kết quả nghiên cứu trong xã hội. Lars Hultman cho biết, do chúng tôi có mối liên hệ chặt chẽ với các đồng nghiệp trước đây hiện đang làm việc cho công ty nên nghiên cứu của chúng tôi nhanh chóng có tác động ra bên ngoài thế giới học thuật.
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Linköping. Bản gốc được viết bởi Monica Westman Svenselius. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.
Nhận tin tức khoa học mới nhất với bản tin email miễn phí của ScienceDaily, được cập nhật hàng ngày và hàng tuần. Hoặc xem các nguồn cấp tin tức được cập nhật hàng giờ trong trình đọc RSS của bạn:
Hãy cho chúng tôi biết suy nghĩ của bạn về ScienceDaily - chúng tôi hoan nghênh cả những nhận xét tích cực và tiêu cực. Có vấn đề gì khi sử dụng trang web? Câu hỏi?
Thời gian đăng: May-11-2020