Çalışmanın önemli bir kısmı, Linköping Üniversitesi’nde dünyanın en seçkin transmisyon elektron mikroskoplarından biri olan Arwen üzerinde gerçekleştirildi. Birkaç nanometre kadar ince yarı iletken katmanlarını bir araya getirmek için yeni bir yöntem, sadece bilimsel bir keşifle değil, aynı zamanda yüksek güçlü elektronik cihazlar için yeni bir transistör türü ile sonuçlanmıştır. Applied Physics Letters’da yayınlanan sonuç büyük ilgi uyandırdı.
Bu başarı, Linköping Üniversitesi’ndeki bilim adamları ile LiU’daki malzeme bilimi araştırmalarından bir şirket olan SweGaN arasındaki yakın işbirliğinin sonucudur. Şirket galyum nitrürden özel elektronik bileşenler üretmektedir.
Elektrikli Araçlar
Galyum nitrür, GaN, verimli ışık yayan diyotlar için kullanılan bir yarı iletkendir. Bununla birlikte, diğer yarı iletkenlerden daha yüksek sıcaklıklara ve akım kuvvetlerine dayanabileceğinden, transistörler gibi diğer uygulamalarda da yararlı olabilir. Bunlar, yalnızca elektrikli araçlarda kullanılanlar için değil, gelecekteki elektronik bileşenler için önemli özelliklerdir.
Galyum nitrür buharının, ince bir kaplama oluşturarak bir silikon karbür plakası üzerinde yoğunlaşmasına izin verilir. Bir kristalli materyalin bir diğerinin substratında büyütüldüğü yöntem “epitaksi” olarak bilinir. Yöntem genellikle yarı iletken endüstrisinde kullanılır, çünkü oluşan nanometre filminin hem kristal yapısını hem de kimyasal bileşimini belirlemede büyük özgürlük sağlar.
Galyum nitrür, GaN ve silikon karbür SiC (her ikisi de güçlü elektrik alanlarına dayanabilir) kombinasyonu, devrelerin yüksek güç gerektiren uygulamalar için uygun olmasını sağlar.
Bununla birlikte, iki kristalin malzeme olan galyum nitrür ve silikon karbür arasındaki yüzeydeki uyum zayıftır. Atomlar birbirleriyle eşleşmez ve bu da transistörün arızalanmasına yol açar. Bu, daha sonra iki kat arasına daha ince bir alüminyum nitrür tabakasının yerleştirildiği ticari bir çözüme yol açan araştırmalarla ele alınmıştır.
SweGaN’daki mühendisler, transistörlerinin beklediklerinden önemli ölçüde daha yüksek alan güçleriyle başa çıkabildiklerini ve başlangıçta nedenini anlayamadıklarını fark ettiler. Cevap, bileşenlerin içindeki birkaç kritik ara yüzeyde atomik seviyede bulunabilir.
Transmorfik Epitaksiyal Büyüme
LiU ve SweGaN’da, LiU’nun Lars Hultman ve Jun Lu liderliğindeki araştırmacılar, Applied Physics Letters’da fenomenin bir açıklamasını sundular ve yüksek gerilimlere dayanma kabiliyeti daha yüksek olan transistörleri üretme yöntemini açıkladılar.
Bilim adamları, daha önce bilinmeyen “transmorfik epitaksiyal büyüme” adını verdikleri epitaksiyal büyüme mekanizmasını keşfettiler. Farklı katmanlar arasındaki gerilimin birkaç atom katmanı boyunca yavaş yavaş emilmesine neden olur. Bu, atomik düzeyde tabakaların malzeme içinde birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunu kontrol edecek şekilde silikon karbid üzerinde iki tabakayı, galyum nitrür ve alüminyum nitrürü büyütebilecekleri anlamına gelir. Laboratuvarda, malzemenin 1800 V’a kadar yüksek voltajlara dayantığını gösterdiler. Klasik bir silikon bazlı bileşen üzerine böyle bir voltaj yerleştirilirse, kıvılcımlar uçmaya başlar ve transistör tahrip olur.
Lars Hultman: “SweGaN’i buluşu piyasaya sürdükleri için tebrik ediyoruz. Etkili bir işbirliği ve araştırma sonuçlarının toplumda kullanımını gösterir. Şu anda şirket için çalışan önceki meslektaşlarımızla olan yakın temasımız nedeniyle, araştırmamızın akademik dünya dışında da hızla etkisi var,” dedi.
