About / Advertise
Linköpingsföretaget Swegan har utvecklat ett basmaterial för tillverkning av effektiva rf-kretsar i galliumnitrid. Nu har företaget tillsammans med forskare vid Linköpings universitet och en fransk forskargrupp konstaterat att materialkombinationen även kan ge kraftkomponenter som tål mycket höga fältstyrkor.
– Vi upptäckte egenskapen av en tillfällighet. Vi gjorde rf-kretsar och såg att de kan tåla en hel del spänning. Vi räknade med 30-40 volt, men de klarade klart över 100 volt, säger Olof Kordina, vd på Swegan.
För att försäkra sig om att resultatet var tillförlitligt kontaktades kraftspecialisten ON Semiconductor, som bland annat har ett forsknings- och utvecklingscentrum inom kiselkarbid i Kista, utanför Stockholm.
– När ON Semi testade vårt material klarade det 1,5 kV, även mer, säger Olof Kordina.
Swegan är känt för att skapa en bra bas för rf-kretsar i galliumnitrid (GaN). Som bas använder företaget kiselkarbidskivor (SiC).
Fast det går inte att odla GaN direkt på SiC eftersom den kristallina kvaliteten blir alltför dålig. Istället läggs ett mycket tunt lager av aluminiumnitrid (AlN) mellan SiC- och GaN-lagret. Det minskar den termiska barriären och ger extremt bra strukturell kvalitet.
Generellt kan man säga att i en GaN-SiC-struktur har GaN-fördelen att leda ström väldigt bra medan SiC tål hög fältstyrka. I detta fall har det visat sig att AlN-skiktet som stoppats in mellan GaN- och SiC- lagret tål enormt hög fältstyrka.
– Varför det var så var lite av en gåta för oss tills Linköpingsforskarna kunde visa bilder tagna med elektronmikroskop.
Bilderna visar att lagret är uppbyggt av ett fint ordnat periodiskt material. Det går till och med att se individuella atomer.
– Jag trodde det var fejk när jag såg det, säger Olof Kordina, och adderar:
– Den väldigt fina strukturen ger fantastiska egenskaper.
Forskarna i Linköping har efter gedigna beräkningar också kunnat konstatera att tillväxtmetoden skapar en stabil struktur. Likaså menar de att metoden – döpt till Transmorphic Heteroepitaxy – i framtiden kan användas som generell tillväxtmetod i andra materialkombinationer, och inte bara för GaN-på-SiC.
Det franska forskningsinstitutet IEMN är också involverat i arbetet.
– Forskargrupp i Frankrike har visat att det går att göra transistorstrukturer som kan nå upp i 3,3 kV, avslöjar Olof Kordina.
Resultatet är väldigt intressant med med tanke på jakten på allt mer energieffektiva lösningar i allt från elektriska fordon och laddinfrastruktur till inverterare för solpaneler och andra krafttillämpningar.
Att odla olika material på varandra, exempelvis GaN på SiC, kallas heteroepitaxi. Swegans nya heterostruktur för kraftkomponenter har fått namnet QuanFINE.
– Just nu har vi djupa diskussioner om framtiden med tillverkare av kraftkomponenter i Asien, framförallt Japan och Taiwan, säger Olof Kordina.
Forskningssamarbetet publicerades igår, den 25 november, under titeln "Transmorphic Epitaxial Growth of AlN Nucleation Layers on SiC Substrates for High-Breakdown Thin GaN Transistors" i Applied Physics Letter (länk).
