ساخت نیمه رسانا‌های ابرقهرمان با تحمل دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد 

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ، نیمه رسانا‌های ساخته شده از سیلیکون توان تحمل دما‌های بسیار بالا را دارند، اما نیترید گالیم به عنوان نیمه رسانای نسل بعدی معرفی می‌شود که روزی می‌تواند جایگزین سیلیکون شود اگرچه تحقیقات روی این ماده هنوز در مراحل اولیه است.

کنجکاوی بشر برای کاوش سیارات منظومه شمسی بیشتر شامل سیاراتی دور از خورشید بوده است. مثلا، زهره دارای درجه حرارت بسیار بالایی است که می‌تواند سرب را در یک لحظه ذوب کند و فضاپیمای ما حتی یک لحظه در آنجا دوام نخواهد آورد.

حتی اگر محققان یک فضاپیما با نمای بیرونی مقاوم در برابر گرما به زهره بفرستند، تجهیزات الکترونیکی مبتنی بر سیلیکون در این دما‌های بسیار بالا عملکرد خود را از دست داده و کل ماموریت از بین می‌رود.

به عنوان یک ماده، نیترید گالیوم می‌تواند دمای بالای ۹۰۰ فارنهایت (۵۰۰ درجه سانتیگراد) را تاب بیاورد، اما دانشمندان نمی‌دانستند که آیا تجهیزات الکترونیکی که با استفاده از این ماده تولید می‌شود، می‌توانند دما‌های بالاتر از حد عملیاتی ۵۷۲ فارنهایت (۳۰۰ درجه سانتیگراد) دستگاه‌های ساخته شده با سیلیکون را تحمل کنند یا خیر.

«جان نیرولا» «John Niroul» پژوهشگر مهندسی برق و علوم کامپیوتر MIT گفت: ترانزیستور‌ها قلب اکثر تجهیزات الکترونیکی مدرن هستند، اما ما نمی‌خواستیم مستقیما به سمت ساخت ترانزیستور نیترید گالیوم برویم، زیرا ممکن است مشکلات زیادی پیش بیاید.

وی افزود: ابتدا می‌خواستیم مطمئن شویم که مواد و اتصال‌ها می‌توانند سالم بمانند و بفهمیم که با افزایش دما چقدر تغییر می‌کنند. اتصال‌های اُهمی نحوه ارتباط نیمه هادی‌ها با دنیای خارج هستند.

برای مطالعه تاثیر دما بر اتصال‌های اهمی، محققان این نیمه رسانا‌ها را به مدت ۴۸ ساعت در دمای ۹۳۲ فارنهایت (۵۰۰ درجه سانتیگراد) قرار دادند.

آنها دریافتند که پس از این قرار گرفتن در معرض دمای بالا، این اتصال‌ها از نظر ساختاری دست نخورده باقی مانده اند، که نشانه‌ای امیدوارکننده برای آینده، از جمله توسعه ترانزیستور‌های با کارایی بالا است.

اگرچه نیترید گالیوم به عنوان یک نیمه رسانای نسل بعدی معرفی می‌شود، دانشمندان هنوز به چندین دهه دانش برای کشف قبل از استفاده از آن به اندازه سیلیکون زمان نیاز دارند. به عنوان مثال، محققان اطلاعات بسیار کمی در مورد مقاومت آن وجود داشت.

مقاومت نیترید گالیوم با اندازه آن نسبت معکوس دارد. اگرچه این کار شدنی است، اما نیمه رسانا‌ها باید با سایر تجهیزات الکترونیکی اتصال برقرار کرده و مقاومت آنها را تضمین کنند. این مقاومت که به عنوان مقاومت اتصالی نامیده می‌شود، در دستگاه ثابت است و میزان زیادی از ماده باعث ناکارآمدی دستگاه‌ها می‌شود.

محققان MIT برای درک بهتر مقاومت اتصالی در دستگاه‌های نیترید گالیوم، ساختار‌های روش طول انتقال را ساختند که از یک سری مقاومت تشکیل شده است و امکان اندازه گیری مقاومت اتصال و مواد را فراهم می‌کند.

آنها با همکاری دانشمندان دانشگاه رایس، این ساختار‌ها را تا ۹۳۲ فارنهایت (۵۰۰ درجه سانتیگراد) گرما داده و مقاومت آنها را اندازه گیری کردند.

در MIT، پژوهشگران آزمایش‌های طولانی مدتی را انجام و ساختار‌های داخل یک کوره تخصصی را به مدت ۷۲ ساعت مورد بررسی قرار دادند تا میزان تغییر مقاومت بر اساس دما و زمان را تعیین کنند. از میکروسکوپ‌های الکترونی برای مشاهده چگونگی تأثیر دما‌های بالا بر مواد و اتصال‌های اهمی استفاده کردند.

محققان دریافتند مقاومت اتصال حتی در دما‌های بالا نیز ثابت باقی می‌ماند و پس از ۴۸ ساعت، مواد شروع به تخریب می‌کند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Applied Physics Letters منتشر شده است.