Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Ny metode giver robuste transistorer

En vigtig del af arbejdet er blevet udført på et af verdens mest fremragende transmissionselektronmikroskoper, Arwen, ved Linköpings Universitet. Kredit:Linköpings Universitet

En ny metode til at sammensætte lag af halvledere så tynde som nogle få nanometer har resulteret i ikke kun en videnskabelig opdagelse, men også en ny type transistor til elektroniske enheder med høj effekt. Resultatet, udgivet i Anvendt fysik bogstaver , har vakt stor interesse.

Præstationen er resultatet af et tæt samarbejde mellem forskere ved Linköpings Universitet og SweGaN, en spin-off virksomhed fra materialevidenskabelig forskning på LiU. Virksomheden fremstiller skræddersyede elektroniske komponenter af galliumnitrid.

Elektriske køretøjer

Galliumnitrid, GaN, er en halvleder, der bruges til effektive lysemitterende dioder. Det må, imidlertid, også være nyttig i andre applikationer, såsom transistorer, da den kan modstå højere temperaturer og strømstyrker end mange andre halvledere. Disse er vigtige egenskaber for fremtidige elektroniske komponenter, ikke mindst for dem, der bruges i elbiler.

Galliumnitriddamp får lov til at kondensere på en wafer af siliciumcarbid, danner en tynd belægning. Metoden, hvor et krystallinsk materiale dyrkes på et substrat af et andet, er kendt som "epitaxy". Metoden bruges ofte i halvlederindustrien, da den giver stor frihed til at bestemme både krystalstrukturen og den kemiske sammensætning af den dannede nanometerfilm.

Kombinationen af ​​galliumnitrid, GaN, og siliciumcarbid, SiC (som begge kan modstå stærke elektriske felter), sikrer, at kredsløbene er egnede til applikationer, hvor der er behov for høje kræfter.

Pasformen ved overfladen mellem de to krystallinske materialer, galliumnitrid og siliciumcarbid, er, imidlertid, fattige. Atomerne ender med at være uoverensstemmende med hinanden, hvilket fører til svigt af transistoren. Dette er blevet behandlet af forskning, som efterfølgende førte til en kommerciel løsning, hvor der blev lagt et endnu tyndere lag aluminiumnitrid mellem de to lag.

Ingeniørerne hos SweGaN bemærkede tilfældigt, at deres transistorer kunne klare væsentligt højere feltstyrker, end de havde forventet, og de kunne i første omgang ikke forstå hvorfor. Svaret kan findes på atomniveau - i et par kritiske mellemliggende overflader inde i komponenterne.

Transmorf epitaksial vækst

Forskere ved LiU og SweGaN, ledet af LiU's Lars Hultman og Jun Lu, til stede i Anvendt fysik bogstaver en forklaring på fænomenet, og beskrive en metode til at fremstille transistorer med en endnu større evne til at modstå høje spændinger.

Forskerne har opdaget en hidtil ukendt epitaksial vækstmekanisme, som de har kaldt "transmorf epitaksial vækst." Det bevirker, at belastningen mellem de forskellige lag gradvist absorberes over et par lag af atomer. Det betyder, at de kan vokse de to lag, galliumnitrid og aluminiumnitrid, på siliciumcarbid på en måde for at kontrollere på atomniveau, hvordan lagene er relateret til hinanden i materialet. I laboratoriet har de vist, at materialet tåler høje spændinger, op til 1800 V. Hvis en sådan spænding blev placeret over en klassisk siliciumbaseret komponent, gnister ville begynde at flyve, og transistoren ville blive ødelagt.

"Vi lykønsker SweGaN, da de begynder at markedsføre opfindelsen. Den viser et effektivt samarbejde og udnyttelse af forskningsresultater i samfundet. På grund af den tætte kontakt, vi har til vores tidligere kolleger, som nu arbejder for virksomheden. vores forskning har hurtigt indflydelse også uden for den akademiske verden, siger Lars Hultman.