Un nuevo método para unir capas de semiconductores tan delgadas como unos pocos nanómetros ha resultado no solo en un descubrimiento científico, sino también en un nuevo tipo de transistor para dispositivos electrónicos de alta potencia. El resultado, publicado en Letras de física aplicada , ha despertado un gran interés.

El logro es el resultado de una estrecha colaboración entre científicos de la Universidad de Linköping y SweGaN, una empresa derivada de la investigación en ciencia de materiales en LiU. La empresa fabrica componentes electrónicos a medida a partir de nitruro de galio.

Vehículos eléctricos

Nitruro de galio, GaN, es un semiconductor utilizado para diodos emisores de luz eficientes. Puede, sin embargo, también será útil en otras aplicaciones, como transistores, ya que puede soportar temperaturas más altas y resistencias de corriente que muchos otros semiconductores. Estas son propiedades importantes para los componentes electrónicos futuros, sobre todo para los que se utilizan en vehículos eléctricos.

Se permite que el vapor de nitruro de galio se condense en una oblea de carburo de silicio, formando una fina capa. El método en el que un material cristalino se hace crecer sobre un sustrato de otro se conoce como "epitaxia". El método se utiliza a menudo en la industria de los semiconductores, ya que proporciona una gran libertad para determinar tanto la estructura cristalina como la composición química de la película nanométrica formada.

La combinación de nitruro de galio, GaN, y carburo de silicio, SiC (ambos pueden soportar fuertes campos eléctricos), asegura que los circuitos sean adecuados para aplicaciones en las que se necesitan altas potencias.

El ajuste en la superficie entre los dos materiales cristalinos, nitruro de galio y carburo de silicio, es, sin embargo, pobre. Los átomos terminan desajustados entre sí, lo que conduce a la falla del transistor. Esto ha sido abordado por la investigación, que posteriormente condujo a una solución comercial, en el que se colocó una capa aún más delgada de nitruro de aluminio entre las dos capas.

Los ingenieros de SweGaN notaron por casualidad que sus transistores podían hacer frente a intensidades de campo significativamente más altas de lo que esperaban. e inicialmente no pudieron entender por qué. La respuesta se puede encontrar a nivel atómico, en un par de superficies intermedias críticas dentro de los componentes.

Crecimiento epitaxial transmórfico

Investigadores de LiU y SweGaN, dirigido por Lars Hultman y Jun Lu de LiU, presentar en Letras de física aplicada una explicación del fenómeno, y describe un método para fabricar transistores con una capacidad aún mayor para soportar altos voltajes.

Los científicos han descubierto un mecanismo de crecimiento epitaxial previamente desconocido que han denominado "crecimiento epitaxial transmórfico". Hace que la tensión entre las diferentes capas se absorba gradualmente a través de un par de capas de átomos. Esto significa que pueden hacer crecer las dos capas, nitruro de galio y nitruro de aluminio, sobre carburo de silicio de manera que se controle a nivel atómico cómo se relacionan las capas entre sí en el material. En el laboratorio han demostrado que el material soporta altos voltajes, hasta 1800 V.Si se colocara tal voltaje en un componente clásico basado en silicio, las chispas comenzarían a volar y el transistor sería destruido.

"Felicitamos a SweGaN ya que comienzan a comercializar el invento. Muestra una colaboración eficiente y la utilización de los resultados de la investigación en la sociedad. Debido al estrecho contacto que tenemos con nuestros colegas anteriores que ahora trabajan para la empresa, nuestra investigación tiene un impacto rápido también fuera del mundo académico, "dice Lars Hultman.