Диапазон рабочих температур устройств с традиционными полупроводниками на кремниевой основе обычно ограничен уровнем в 300°C. Однако исследователям из Университета Цукубы в Японии удалось добиться стабильной работы диодов при 827°C и транзисторов при 727°C, используя полупроводники из нитрида алюминия. Об этом сообщает официальный сайт Университета Цукубы. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Кремниевые полупроводники повсеместно используются в электроприборах и играют важную роль в нашей повседневной жизни. Однако в высокотемпературных средах, превышающих 300°C (таких как подземное бурение, исследование космоса и периферийные устройства двигателей), требуются полупроводниковые материалы, способные преодолеть ограничения кремниевых устройств.
В настоящее время кристаллы нитрида алюминия (AlN) считаются одними из наиболее привлекательных материалов для высокотемпературных полупроводниковых устройств, поскольку они обладают лучшими свойствами термостойкости по сравнению с другими полупроводниками. В прежних исследованиях неоднократно сообщалось о диодах и транзисторах на основе AlN, которые могут работать при температурах выше комнатной.
Однако максимальные рабочие температуры этих устройств были все же ограничены, и составляли 500°C или ниже – из-за технических проблем, связанных с параметрами электрических характеристик материалов. Новое исследование Университета Цукубы, опубликованное в журнале Applied Physics Express, представляет разработку высококачественных диодов и транзисторов со слоем AlN, способных работать при температурах до 900°C без потери электрических характеристик.
Японские исследователи в ходе тестирования продемонстрировали успешную работу диодов при 827°C, побив все предыдущие рекорды, а транзисторы смогли работать при температуре 727°C. Кроме того, никелевые электроды в устройствах AlN оставались стабильными, даже при достигнутом температурном максимуме 827°C.
Примечательно, что все эти устройства на основе AIN могут производиться без больших технологических сложностей, поскольку слои AlN выращиваются на крупных и сравнительно недорогих сапфировых подложках. Сами полупроводниковые устройства на основе AlN имеют также довольно простую структуру.
«Новое исследование научных специалистов Университета Цукубы проложило путь к работоспособным полупроводниковым устройствам, способным действовать в сложных высокотемпературных условиях (при температурах свыше 800°C). Ожидается, что эти устройства на основе AlN-покрытий будут использоваться в таких отраслях, как подземная добыча полезных ископаемых, производство стали, космические исследования и авиация», – отмечает пресс-релиз.