研究人员使用的多种样品的横截面透射电镜照片。

据《应用物理快报》杂志近日报道，瑞典林雪平大学的科学家与SweGaN公司合作，发现了一种将纳米级半导体层组装在一起的新方法。利用该方法，工程师们有望设计出适用于大功率电子设备的新型晶体管。

在半导体工业中有一种应用广泛的方法——“外延”，即在一种晶体基底上“培育”出另外一种晶体材料。氮化镓蒸汽就可以凝结在碳化硅晶圆上，形成一层薄薄的涂层。然而，虽然氮化镓和碳化硅都能承受强电场作用，确保了组合电路适用于高功率应用，但两者的表面契合度并不好，原子匹配程度较低，最终会导致晶体管失效。

在这新研究中，林雪平大学和SweGaN公司解决了以上问题，并提出了一种商业化解决方案。采用该方案，工程师们甚至还可以在氮化镓和碳化硅纳米层之间放置一层超薄的氮化铝层。

解决方案的发现来自SweGaN公司工程师们的偶然发现：他们的晶体管竟然能够承受比预期值高得多的场强，然而他们并不理解其原因。

最后，研究人员在原子水平上找到了答案。他们发现了一种之前不为人知的外延生长机制，并将其命名为“变形外延生长”。它可以使不同层之间的应变逐渐被多层原子吸收。这意味着工程师们可以在原子水平上控制氮化镓和氮化铝在碳化硅上的相互关系和生长方式。

在实验室条件下，新材料可以承受1800伏特的高压。如果在典型的硅基元件上施加这样的高压，晶体管早已被击毁了。

SweGaN公司是由林雪平大学材料科学研究人员为主组建的高科技公司，主要经营氮化镓系列的定制电子元件。研究人员Lars Hultman表示：“我们很高兴SweGaN公司已经开始进行成果推广。它显示了学校和公司的有效合作，以及研究成果的商业化推广模式。”

原创编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：张梦

期刊来源：《应用物理快报》

期刊编号：0003-6951

原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200107104904.htm

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