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机会发现导致新型大功率电子设备晶体管的发展

时间：2022-03-21 08:25:08 来源：

这项工作的重要部分是在林雪平大学的世界上最杰出的透射电子显微镜之一Arwen上进行的。

一种将几纳米薄的半导体层装配在一起的新方法不仅带来了科学发现，而且还带来了一种用于大功率电子设备的新型晶体管。该结果发表在《应用物理快报》上，引起了极大的兴趣。

该成就是Linköping大学的科学家与LiU的材料科学研究分拆的公司SweGaN紧密合作的结果。该公司使用氮化镓生产量身定制的电子组件。

电动车

氮化镓GaN是用于高效发光二极管的半导体。但是，由于它可以比许多其他半导体承受更高的温度和电流强度，因此在其他应用（例如晶体管）中也可能有用。这些对于未来的电子组件来说都是重要的属性，尤其是对于电动汽车中使用的那些组件而言。

使氮化镓蒸气凝结在碳化硅晶片上，形成薄涂层。在一种晶体材料上生长另一种晶体材料的方法称为“外延”。该方法通常用于半导体工业，因为它在确定晶体结构和所形成的纳米膜的化学组成方面都提供了极大的自由度。

氮化镓，GaN和碳化硅（SiC均可承受强电场）的组合确保了这些电路适合于需要大功率的应用。

但是，氮化镓和碳化硅这两种结晶材料之间的表面贴合性很差。原子最终彼此不匹配，从而导致晶体管故障。研究已经解决了这一问题，随后导致了商业解决方案，其中在两层之间放置了更薄的氮化铝层。

SweGaN的工程师偶然发现他们的晶体管可以应付比预期高得多的场强，而且他们最初不知道为什么。答案可以在原子级别上找到–在组件内部的几个关键中间表面中。

变形外延生长

由LiU的Lars Hultman和Jun Lu领导的LiU和SweGaN的研究人员在《应用物理快报》上发表了对这种现象的解释，并描述了一种制造具有更高耐高压能力的晶体管的方法。

拉斯·霍尔特曼（Lars Hultman）。

科学家们发现了一个以前未知的外延生长机制，他们将其命名为“变形外延生长”。它使不同层之间的应变逐渐吸收到原子的两层之间。这意味着它们可以在碳化硅上生长氮化镓和氮化铝两层，从而在原子水平上控制各层在材料中的相互关系。在实验室中，他们证明了这种材料可以承受高达1800 V的高压。如果在传统的基于硅的组件上施加这样的电压，火花将开始飞扬，晶体管将被破坏。

“我们祝贺SweGaN开始推销这项发明。它显示了有效的协作和社会研究成果的利用。由于我们与现在为公司工作的以前的同事们保持着密切的联系，我们的研究在学术界之外也迅速产生了影响。” Lars Hultman说。

极大的兴趣

这项研究由Knut和Alice Wallenberg基金会以及Cool Horizon计划（EU Horizon 2020的一部分）的研究基金资助。该文章的链接如下，是由《应用物理学快报》的编辑特别选择的，是该杂志阅读量最大的文章之一，在2019年11月25日发布一周后有近1,000次下载。它也出现在期刊封面´上。

参考：“陆军，Jr-Tai Chen，Martin Dahlqvist，Riad Kabouche，Farid Medjdoub，Johanna Rosen，Olof Kordina和Lars Hultman于2019年11月25日发表的“用于高击穿型薄GaN晶体管的SiC衬底上AlN成核层的变质外延生长”应用物理快报.DOI：
10.1063/1.5123374

在LiU上还成立了C3NiT专业技术中心，用于研究和开发III型氮化物技术，该技术中心由Vinnova资助，几家大小公司都参与其中。

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