Bedriften Àr ett resultat av ett nÀra samarbete mellan forskare vid Linköpings universitet och företaget SweGaN, som Àr en avknoppning frÄn forskningen inom materialfysik vid LiU. Företaget tillverkar skrÀddarsydda elektronikkomponenter i galliumnitrid.
En Änga av galliumnitrid fÄr kondensera pÄ en wafer av kiselkarbid och bildar dÄ en tunn belÀggning. Metoden dÀr ett kristallint material odlas pÄ ett annat kallas epitaxi. Metoden anvÀnds ofta i halvledarindustrin eftersom den ger stora möjligheter att kontrollera bÄde kristallstrukturen och den kemiska sammansÀttningen i den nanometertjocka filmen. Kombinationen av galliumnitrid, GaN, och kiselkarbid, SiC, som bÄda klarar höga elektriska fÀlt, gör kretsarna lÀmpliga för applikationer dÀr det behövs höga effekter.
Dock Àr det dÄlig matchning i ytorna mellan de bÄda kristallina materialen, galliumnitrid och kiselkarbid. Atomerna hamnar snett mot varandra och förstör transistorn. Detta har forskningen och sedan ocksÄ industrin löst genom att lÀgga ett Ànnu tunnare lager av aluminiumnitrid mellan de bÄda andra lagren.
Av en slump upptÀckte utvecklarna pÄ Swegan att deras transistorer klarade betydligt högre fÀltstyrkor Àn de hade förvÀntat sig, men förstod först inte varför. Svaret fanns att finna pÄ atomnivÄ och i ett par kritiska mellanytor inne i komponenterna.
Forskarna har hittat en ny epitaxiell tillvÀxtmekanism som de kallar transmorfisk epitaxi - det vill sÀga att töjningen mellan de olika lagren tas upp gradvis över ett par atomlager. Det betyder att de kan vÀxa de olika lagren, galliumnitrid och aluminiumnitrid pÄ kiselkarbid, pÄ ett sÄdant vis att de pÄ atomnivÄ kan styra hur de olika lagren hamnar i förhÄllande till varandra i materialet. De har ocksÄ i laboratoriet visat att materialet klarar höga spÀnningar, upp till 1800V. Skulle man lÀgga en sÄdan spÀnning över en klassisk komponent gjord i kisel skulle det slÄ gnistor och förstöra transistorn.
Lars Hultmanâ Att SweGaN redan kan marknadsföra uppfinningen Ă€r det bara att gratulera till, det visar ocksĂ„ pĂ„ god samverkan och tekniköverföring mellan forskning och samhĂ€lle. Tack vare den nĂ€ra kontakt vi har med de tidigare kollegor som numera Ă€r verksamma pĂ„ företaget, fĂ„r vĂ„ra forskningsresultat snabbt genomslag Ă€ven utanför akademin, sĂ€ger Lars Hultman.
Jun Lu, Jr-Tai Chen, Martin Dahlqvist, Riad Kabouche, Farid Medjdoub, Johanna Rosen, Olof Kordina, and Lars Hultman. Appl. Phys. Lett. 115, 221601 (2019). doi 10.1063/1.5123374
https://doi.org/10.1063/1.5123374
Vid LiU finns ocksÄ ett kompetenscentrum, C3NiT, för forskning och utveckling av III nitrid-tekniker, finansierat av Vinnova och med ett antal stora och smÄ företag engagerade.
Klarar höga effekter i elfordon
Galliumnitrid, GaN, Àr ett halvledarmaterial som anvÀnds för effektsnÄla lysdioder, men som Àven kan fÄ stor betydelse i andra tillÀmpningar, som transistorer, eftersom materialet klarar högre temperaturer och strömstyrkor Àn mÄnga andra halvledarmaterial. Detta Àr viktiga egenskaper för utveckling av framtidens elektronik, inte minst för elektriska fordon.En Änga av galliumnitrid fÄr kondensera pÄ en wafer av kiselkarbid och bildar dÄ en tunn belÀggning. Metoden dÀr ett kristallint material odlas pÄ ett annat kallas epitaxi. Metoden anvÀnds ofta i halvledarindustrin eftersom den ger stora möjligheter att kontrollera bÄde kristallstrukturen och den kemiska sammansÀttningen i den nanometertjocka filmen. Kombinationen av galliumnitrid, GaN, och kiselkarbid, SiC, som bÄda klarar höga elektriska fÀlt, gör kretsarna lÀmpliga för applikationer dÀr det behövs höga effekter.
Dock Àr det dÄlig matchning i ytorna mellan de bÄda kristallina materialen, galliumnitrid och kiselkarbid. Atomerna hamnar snett mot varandra och förstör transistorn. Detta har forskningen och sedan ocksÄ industrin löst genom att lÀgga ett Ànnu tunnare lager av aluminiumnitrid mellan de bÄda andra lagren.
Av en slump upptÀckte utvecklarna pÄ Swegan att deras transistorer klarade betydligt högre fÀltstyrkor Àn de hade förvÀntat sig, men förstod först inte varför. Svaret fanns att finna pÄ atomnivÄ och i ett par kritiska mellanytor inne i komponenterna.
Transmorfisk epitaxi
I en artikel i Applied Physics Letters presenterar nu forskare vid LiU och Swegan, med LiU-forskarna Lars Hultman och Jun Lu i spetsen, en förklaring till fenomenet samt en metod som ger transistorer med Àn högre förmÄga att klara höga spÀnningar.Forskarna har hittat en ny epitaxiell tillvÀxtmekanism som de kallar transmorfisk epitaxi - det vill sÀga att töjningen mellan de olika lagren tas upp gradvis över ett par atomlager. Det betyder att de kan vÀxa de olika lagren, galliumnitrid och aluminiumnitrid pÄ kiselkarbid, pÄ ett sÄdant vis att de pÄ atomnivÄ kan styra hur de olika lagren hamnar i förhÄllande till varandra i materialet. De har ocksÄ i laboratoriet visat att materialet klarar höga spÀnningar, upp till 1800V. Skulle man lÀgga en sÄdan spÀnning över en klassisk komponent gjord i kisel skulle det slÄ gnistor och förstöra transistorn.
Mest lÀsta artikeln
Forskningen har finansierats via sÄvÀl forskningsanslag frÄn Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse som via EU:s horisont 2020-program CoolHEMT. Artikeln, med lÀnk nedan, blev speciellt utvald av redaktören för Applied Physics Letters och tillhör de mest lÀsta med nÀra tusen nedladdningar en vecka efter att den publicerades 25/11 2019.Jun Lu, Jr-Tai Chen, Martin Dahlqvist, Riad Kabouche, Farid Medjdoub, Johanna Rosen, Olof Kordina, and Lars Hultman. Appl. Phys. Lett. 115, 221601 (2019). doi 10.1063/1.5123374
https://doi.org/10.1063/1.5123374
Vid LiU finns ocksÄ ett kompetenscentrum, C3NiT, för forskning och utveckling av III nitrid-tekniker, finansierat av Vinnova och med ett antal stora och smÄ företag engagerade.
