Uutta puhtia piikarbidille

Yleistyvät laajakaistaiset puolijohdepiirit, kuten piikarbidista tuotetut ovat merkittäviä, koska niillä on potentiaalia mullistaa tehoelektroniikkateollisuus. Ne kykenevät nopeampaan kytkentänopeuteen, pienempiin häviöihin ja korkeampiin estojännitteisiin, ollen siten parempia kuin tavallisissa piipohjaisissa laitteissa.

Piikiekkoja, jotka ovat erittäin puhdasta (99,0% tai korkeampaa) yksikiteistä materiaalia, voidaan saada nestemäisten kasvatusmenetelmien yhdistelmällä, kuten vetämällä siemenkiteitä sulasta ja myöhemmällä epitaksialla.

Kuitenkaan tällaista prosessia ei voida käyttää piikarbidin (SiC) kasvattamiseen, koska siitä puuttuu sulamisvaihe.

Giuseppe Fisicaro ja italialais-ranskalainen tutkijaryhmä, jota johti Antonio La Magna, kuvaavat teoreettista ja kokeellista tutkimusta atomisesta mekanismista, joka säätelee laajennettua vikakinetiikkaa kuutiollisessa SiC:ssä (3C-SiC).

"Teknisten puitteiden kehittäminen piikarbidin kiteisten epätäydellisyyksien hallitsemiseksi laajakaistaisissa sovelluksissa voi olla pelin muuttava strategia", sanoi Fisicaro.

Tutkijoiden työ osoittaa atomistiset mekanismit, jotka vastaavat laajemmasta vikojen muodostumisesta ja evoluutiosta kyseisessä materiaalissa.

Tutkijoiden työn myötä kehittämä superhilaan perustuva simulaattori Monte Carlo –koodi auttoi "valaisemaan vika-vikavuorovaikutusten eri mekanismeja ja niiden vaikutuksia tämän materiaalin sähköisiin ominaisuuksiin", toteavat tutkijat.

Tutkijat päättelivät, että 3C-SiC-hetero-epitaksiaalisen lähestymistavan alhaiset kustannukset ja tämän prosessin skaalattavuus 300 millimetrin kiekkoihin ja sen yli tekevät tästä tekniikasta erittäin kilpailukykyisen sähkö- tai hybridi-ajoneuvojen moottorikäyttöihin, ilmastointijärjestelmiin, jääkaappeihin ja valoa emittoivien diodien valaistusjärjestelmiin.

Wisconsin-Madisonin yliopiston materiaalitieteiden insinöörien uusi tutkimus on tuonut uutta valoa keraamien ominaisuuksiin ja auttaa uuden sukupolven keraamisten materiaalien hienosäädössä.

Uusi havainto on, että esimerkiksi piikarbidi saattaa myös olla alttiina säteilyn aiheuttamalle eri aineiden eriytymiselle. Aiemmin tämä ilmiö on havaittu vain metalliseoksissa.

Prosessi on kaksiteräinen miekka: Toisaalta säteilyn aiheuttama eriytyminen tarkoittaa, että keramiikassa esiintyy samantyyppisiä vaurioita kuin metalliseoksissa, vaikkakin eri lämpötiloissa.

Toisaalta erottelusta voisi olla hyötyä materiaalitekniikassa tuotettaessa erikoistuneita keramiikan versioita, kuten piikarbidia, jota käytetään ydinenergian, suihkumoottorien ja muissa korkean teknologian sovelluksissa.

"Ehkä säteilyä voidaan käyttää välineenä rakeiden rajakemian hienosäätöön", sanoo tutkijatohtori Pennsylvanian yliopiston professori Xing Wang. "Se voi olla hyödyllinen meille tulevaisuudessa."

Aiheesta aiemmin

Löytö energiatehokkaalle elektroniikalle

Mikropiirejä piikarbidille