Это достижение является результатом тесного сотрудничества между учеными Университета Линчёпинга и SweGaN, дочерней компанией, занимающейся исследованиями материаловедения в LiU. Компания производит электронные компоненты на заказ из нитрида галлия.
Нитрид галлия, GaN, представляет собой полупроводник, используемый для изготовления эффективных светодиодов. Однако он также может быть полезен в других приложениях, таких как транзисторы, поскольку он может выдерживать более высокие температуры и силу тока, чем многие другие полупроводники.
Это важные свойства для будущих электронных компонентов, не в последнюю очередь для тех, которые используются в электромобилях.
Пары нитрида галлия конденсируются на пластине из карбида кремния, образуя тонкое покрытие. Метод, при котором один кристаллический материал выращивается на подложке другого, известен как «эпитаксия.«Этот метод часто используется в полупроводниковой промышленности, поскольку он обеспечивает большую свободу в определении как кристаллической структуры, так и химического состава образующейся нанометровой пленки.
Комбинация нитрида галлия, GaN, и карбида кремния, SiC (оба из которых могут выдерживать сильные электрические поля), гарантирует, что схемы подходят для приложений, в которых требуются высокие мощности.
Однако соответствие поверхности между двумя кристаллическими материалами, нитридом галлия и карбидом кремния, неудовлетворительное. Атомы в конечном итоге не совпадают друг с другом, что приводит к выходу из строя транзистора. Это было решено в ходе исследований, которые впоследствии привели к коммерческому решению, в котором еще более тонкий слой нитрида алюминия был помещен между двумя слоями.
Инженеры SweGaN случайно заметили, что их транзисторы могут справляться со значительно более высокой напряженностью поля, чем они ожидали, и изначально не могли понять, почему. Ответ можно найти на атомарном уровне – в паре критических промежуточных поверхностей внутри компонентов.
Исследователи из LiU и SweGaN во главе с Ларсом Халтманом и Джун Лу из LiU представили в Applied Physics Letters объяснение этого явления и описали метод производства транзисторов с еще большей способностью выдерживать высокие напряжения.
Ученые обнаружили ранее неизвестный механизм эпитаксиального роста, который они назвали «трансморфный эпитаксиальный рост»."Это приводит к тому, что напряжение между различными слоями постепенно поглощается парой слоев атомов. Это означает, что они могут выращивать два слоя, нитрида галлия и нитрида алюминия, на карбиде кремния таким образом, чтобы контролировать на атомном уровне, как слои связаны друг с другом в материале.
В лаборатории показали, что материал выдерживает высокие напряжения до 1800 В. Если бы такое напряжение было подано на классический компонент на основе кремния, начнутся искры, и транзистор будет разрушен.
"Мы поздравляем SweGaN с тем, что они начали продавать свое изобретение.
Он показывает эффективное сотрудничество и использование результатов исследований в обществе. Благодаря тесному контакту с нашими предыдущими коллегами, которые сейчас работают в компании, наши исследования быстро оказывают влияние и за пределами академического мира », – говорит Ларс Халтман.