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

Lisää tästä aiheesta

UNITE! workshop at Aalto University in February 2020. Photo: Mikko Raskinen.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tekniikan alan yliopistojen EU-hankkeessa luodaan tulevaisuuden yliopistoa

Tulevaisuuden yliopistossa kampuksesta tulee avoin kokeellinen laboratorio, virtuaalinen vaihto-opiskelija voi valita kursseja kaikkien yliopistojen tarjonnasta, ja yliopiston jokainen työntekijä kokee asiakseen toimia tasa-arvoa edistävällä tavalla.
Kuva: Adolfo Vera.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

HUSissa ja Aallossa alkaa tutkimus EEG-aivosähkökäyrästä tehtävästä koronavirusinfektion hengitysvaikeuden ennusteesta

Koronaviruspotilaiden vakavien hengitysvaikeuksien taustatekijöitä etsitään koneoppimisen avulla EEG-aivosähkökäyristä. Tutkimuksen tuloksia on tarkoitus hyödyntää muidenkin potilaiden tehohoidon arvioinnissa.
Photo: Aalto University
Tutkimus ja taide Julkaistu:

EU-hankkeessa pyritään hyödyntämään led-valojen termodynamiikkaa hukkaenergian muuntamiseen takaisin sähköksi

Horisontti 2020 -hankkeessa pyritään muun muassa minimoimaan materiaaleista johtuvat häviöt.
Kuvassa vihreällä taustalla kuvat Matti Rossista ja Markku Kaustiasta
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Onko tulevaisuus OneCoin-tyyppisten pyramidihuijausten?

Professorit Matti Rossi ja Markku Kaustia keskustelevat kryptovaluuttojen mahdollisuuksista ja haasteista.