Uutiset

SOI-kiekon käyttö nostaa yhdistepuolijohteiden suorituskykyä tehoelektroniikassa

Tutkijat valmistivat SOI-kiekolla laadukkaampia galliumnitridikiteitä kuin perinteisellä piikiekolla.
tiedote02032017_kuva1_www_fi_fi.jpg

Tutkijat hyödynsivät Micronovan puhdastiloja sekä erityisesti galliumnitridin valmistamiseen tarkoitettua reaktoria. Kuvassa on kuuden tuuman alustakidekiekko MOVPE-reaktorissa ennen kiteenvalmistusta. Kuva: Aalto-yliopisto / Jori Lemettinen

Aalto-yliopiston tutkijat ovat selvittäneet yhteistyössä Okmetic Oy:n ja puolalaisen ITME:n kanssa puolijohdeteollisuudessa erilaisten mikroelektroniikan komponenttien alustana käytetyn SOI-kiekon (Silicon On Insulator) soveltamista galliumnitridi-kiteiden valmistusalustaksi. Tutkijat vertailivat SOI-kiekon ominaisuuksia puolijohdekiteiden valmistuksessa yleisemmin käytössä olevaan piikiekkoon. Okmetic valmistaa korkean suorituskyvyn piikiekkojen lisäksi myös SOI-kiekkoja, joissa kahden piikerroksen välissä on piidioksidi-eristekerros. SOI-tekniikan tavoitteena on parantaa kiekon kapasitiivisia ja eristäviä ominaisuuksia.

”Käytimme standardisoitua valmistusmallia, kun vertailimme kiekkojen ominaisuuksia. SOI-kiekolla saimme valmistettua parempaa kidelaatua kuin piikiekolla. Lisäksi SOI-kiekossa oleva eristävä kerros parantaa läpilyöntikestävyyttä eli mahdollistaa selvästi korkeampien jännitteiden käytön tehoelektroniikassa. Samoin radioelektroniikassa häiriöt vähenevät, kun signaali ei pääse kytkeytymään häviöllisesti tai toisiin komponentteihin” tohtorikoulutettava Jori Lemettinen Elektroniikan ja nanotekniikan laitokselta kertoo.

”Galliumnitridi-pohjaiset (GaN) komponentit ovat yleistymässä teho- ja radioelektroniikan sovelluksissa. GaN-sovellusten suorituskykyä voidaan parantaa, kun puolijohdekiteiden valmistusalustana käytetään SOI-kiekkoa”, akatemiatutkija Sami Suihkonen lisää.

SOI-kiekko vähentää kiteenvalmistuksen haasteita

Galliumnitridin valmistaminen piikerroksen päälle on haasteellista. Standardisoidussa valmistusmallissa (MOVPE) käytettävillä yhdistepuolijohdemateriaaleilla alumiininitridillä, alumiinigalliumnitridillä ja galliumnitridillä on erilaiset lämpölaajenemiskertoimet ja hilavakiot kuin piikiekolla. Nämä erot ominaisuuksissa rajoittavat saavutettavaa kidelaatua ja valmistetun kerroksen suurinta mahdollista paksuutta.

”Tutkimus osoitti, että SOI-kiekon kerrosrakenne voi joustaa galliumnitridi-kerroksen valmistuksen aikana ja siten vähentää kidevirheitä sekä jännitystä”, Lemettinen toteaa.

Oikealla on elektronimikroskooppikuva valmistetun kerrosrakenteen poikkileikkauksesta. Ylhäältä alaspäin MOVPE:lla valmistetut yhdistepuolijohdekerrokset, komponenttipii-kerros, piidioksidi-eristekerros ja SOI-kiekon pohjana toimiva piikiekko. Kuva: Aalto-yliopisto / Jori Lemettinen

GaN eli galliumnitridi-pohjaisia komponentteja käytetään yleisesti sinisissä ja valkoisissa ledeissä. Tehoelektroniikan sovelluksissa erityisesti GaN-diodit ja -transistorit ovat herättäneet kiinnostusta esimerkiksi taajuusmuuttajissa tai sähköautoissa. Radioelektroniikan sovelluksissa 5G-verkkojen tukiasemien uskotaan käyttävän tulevaisuudessa GaN-pohjaisia tehovahvistimia. Elektroniikan sovelluksissa GaN-transistori tarjoaa matalan resistanssin ja mahdollistaa korkeat taajuudet sekä tehotiheydet.

Artikkeli on hyväksytty julkaistavaksi Semiconductor Science and Technology -lehdessä.
Linkki artikkeliin.  

Lisätietoa:
Jori Lemettinen
Aalto-yliopisto
[email protected]  
puh 040 5723 087

akatemiatutkija Sami Suihkonen
Aalto-yliopisto
[email protected] 
puh 050 3618 657

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Jose Lado, photo: Evelin Kask
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Apulaisprofessori Jose Lado palkittiin kvanttimateriaaleihin liittyvän teorian kehittämisestä

Deutsche Physikalische Gesellschaft ja Institute of Physics New Journal of Physics (NJP) ovat myöntäneet varhaisen tutkijauran palkinnon fysiikan apulaisprofessori Jose Ladolle. Se on tunnustus merkittävästä roolista kaksiulotteisten magneettisten materiaalien ja toistensa suhteen kierrettyjen van der Waals -rakenteiden tutkimuksessa.
Designs for a Cooler Planet 2022 – Open call
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Millainen olisi Elämä 1.5? Hae mukaan vuoden 2022 Designs for a Cooler Planet -tapahtumaan!

Jotta ratkomme ilmastonmuutosta ja luontokatoa, uusia oivalluksia kaivataan kipeästi. Onko sinulla idea ylikulutuksen hillitsemiseen, ilmaston lämpenemisen hidastamiseen tai parempaan työelämään? Designs for a Cooler Planet 2022 kokoaa aaltolaisten innostavimmat hankkeet - tule mukaan!
Pro arte utili_kirjan kansi_kirjoittajat_kuva_Annukka Mäkijärvi
Yhteistyö, Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:
No entry sign over workshop image
Kampus, Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Poikkeusaukioloajat Arts infran työpajoilla ja Väre Takeoutissa

Poikkeusaukioloajat Arts infran työpajoilla ja Väre Takeoutissa ilmoitetaan tällä sivulla.