Linköpingin yliopistossa on kehitetty uusi menetelmä galliumnitridi-piirien valmistukseen. Uusi menetelmä sovittaa puolijohdekerroksia muutamissa nanometreissä on johtanut paitsi tieteelliseen keksintöön myös uuteen tehotransistorien tyyppiin.
Saavutus on seurausta Linköpingin yliopiston tutkijoiden ja LiU:n materiaalitutkimuksen spin-off-yrityksen SweGaN:n tiiviistä yhteistyöstä. Yhtiö valmistaa räätälöityjä elektroniikkakomponentteja galliumnitridistä.
Galliuminitridiä (GaN) käytetään tehokkaisiin ledeihin. Se voi olla hyödyllinen myös muissa sovelluksissa, joissa vaaditaan korkeampia lämpötiloja ja virtavahvuuksia.
Niitä tuotetaan galliumnitridihöyryn tiivistyessä piikarbidikiekkoon ohueksi pinnoitteeksi. Tällaista epitaksista menetelmää käytetään puolijohdeteollisuudessa, sillä se tarjoaa vapauden määrittää muodostuneen nanometrikalvon kiderakenne ja kemiallinen koostumus.
Galliumnitridin ja piikarbidin yhdistelmä (molemmat kestävät voimakkaita sähkökenttiä) varmistaa, että piirit soveltuvat tehopiireiksi. Sovitus näiden kahden kiteisen materiaalin väliseen pintaan on kuitenkin heikko. Atomit päätyvät väärin toisiinsa nähden, mikä johtaa transistorin vioittumiseen. Tätä on korjattu siten, että näiden kahden kerroksen väliin asetetaan vielä ohuempi alumiininitridikerros.
LiU:n ja SweGaNin tutkijat esittävät tutkimuksessaan Lars Hultmanin ja Jun Lun johdolla selityksen ilmiöstä ja kuvailevat menetelmää transistorien valmistamiseksi, joilla on vielä parempi kyky kestää suuria jännitteitä. He ovat löytäneet aikaisemmin tuntemattoman epitaksisen kasvumekanismin, jolle on annettu nimeksi ”transmorfiseksi epitaksiaaliseksi kasvuksi”. Se saa aikaan eri kerrosten välisen rasituksen vähitellen absorboitumaan pariin atomikerrokseen. Tämä tarkoittaa, että galliumnitridi- ja alumiinitridi-kerrokset voidaan kasvattaa piikarbidille tavalla, jossa atomitasolla voidaan hallita, kuinka kerrokset ovat suhteessa toisiinsa.
Laboratoriossa he ovat osoittaneet, että näin aikaansaatu materiaali kestää korkeita jännitteitä, jopa 1800 volttiin saakka. Tutkijoiden mukaan tulokset viittaavat siihen, että transmorfisesta epitaksiaalisesti kasvaneesta AlN-kerroksesta SiC:llä voi tulla seuraava paradigma GaN-elektroniikalle.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 13.1.2020
