Um novo método para encaixar camadas de semicondutores tão finas quanto alguns nanômetros resultou não apenas em uma descoberta científica, mas também em um novo tipo de transistor para dispositivos eletrônicos de alta potência. O resultado, publicado em Cartas de Física Aplicada , tem despertado grande interesse.

A conquista é o resultado de uma estreita colaboração entre cientistas da Linköping University e SweGaN, uma empresa spin-off de pesquisa de ciência de materiais na LiU. A empresa fabrica componentes eletrônicos personalizados de nitreto de gálio.

Veículos elétricos

Nitreto de gálio, GaN, é um semicondutor usado para diodos emissores de luz eficientes. Pode, Contudo, também ser útil em outros aplicativos, como transistores, uma vez que pode suportar temperaturas e intensidades de corrente mais altas do que muitos outros semicondutores. Estas são propriedades importantes para futuros componentes eletrônicos, não menos importante para aqueles usados ​​em veículos elétricos.

O vapor de nitreto de gálio pode condensar em um wafer de carboneto de silício, formando um revestimento fino. O método em que um material cristalino é cultivado em um substrato de outro é conhecido como "epitaxia". O método é frequentemente usado na indústria de semicondutores, uma vez que fornece grande liberdade na determinação da estrutura do cristal e da composição química do filme nanométrico formado.

A combinação de nitreto de gálio, GaN, e carboneto de silício, SiC (ambos os quais podem suportar fortes campos elétricos), garante que os circuitos são adequados para aplicações em que são necessárias altas potências.

O ajuste na superfície entre os dois materiais cristalinos, nitreto de gálio e carboneto de silício, é, Contudo, pobre. Os átomos acabam incompatíveis uns com os outros, o que leva à falha do transistor. Isso foi abordado por pesquisas, que posteriormente levou a uma solução comercial, em que uma camada ainda mais fina de nitreto de alumínio foi colocada entre as duas camadas.

Os engenheiros da SweGaN notaram por acaso que seus transistores podiam lidar com intensidades de campo significativamente maiores do que eles esperavam, e eles inicialmente não conseguiam entender o porquê. A resposta pode ser encontrada no nível atômico - em algumas superfícies intermediárias críticas dentro dos componentes.

Crescimento epitaxial transmórfico

Pesquisadores da LiU e SweGaN, liderado por Lars Hultman e Jun Lu da LiU, presente em Cartas de Física Aplicada uma explicação do fenômeno, e descrever um método para fabricar transistores com uma capacidade ainda maior de suportar altas tensões.

Os cientistas descobriram um mecanismo de crescimento epitaxial até então desconhecido que eles chamaram de "crescimento epitaxial transmórfico". Isso faz com que a tensão entre as diferentes camadas seja gradualmente absorvida por algumas camadas de átomos. Isso significa que eles podem crescer as duas camadas, nitreto de gálio e nitreto de alumínio, em carboneto de silício de maneira a controlar no nível atômico como as camadas estão relacionadas umas com as outras no material. Em laboratório, eles mostraram que o material resiste a altas tensões, até 1800 V. Se tal tensão fosse colocada em um componente clássico à base de silício, fagulhas começariam a voar e o transistor seria destruído.

“Parabenizamos SweGaN quando eles começam a comercializar a invenção. Isso mostra uma colaboração eficiente e a utilização dos resultados da pesquisa na sociedade. Devido ao contato próximo que temos com nossos colegas anteriores que agora estão trabalhando para a empresa, nossa pesquisa rapidamente tem um impacto fora do mundo acadêmico, "diz Lars Hultman.