نیترید گالیوم؛ سوپرمن نیمه‌رساناها/ تحمل دمای ۹۰۰ درجه فارنهایت

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، نیترید گالیم به عنوان نیمه رسانای نسل بعدی معرفی می‌شود که روزی می‌تواند جایگزین سیلیکون شود، اما تحقیقات روی این ماده هنوز در مراحل اولیه است.

 بنابراین، محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و سایر مؤسسات در آمریکا تصمیم گرفتند یک گام به سمت جلو بردارند و این ماده را در دمای بیش از ۹۰۰ فارنهایت آزمایش کنند.

 تمایل بشر برای کاوش در سیارات منظومه شمسی فقط شامل سیارات دور از خورشید نمی‌شود. به عنوان مثال، زهره دارای درجه حرارت بسیار شدیدی است که می‌تواند سرب را در یک لحظه ذوب کند در این حالت فضاپیما‌ها حتی یک لحظه هم در آنجا دوام نخواهند آورد.  

 حتی اگر محققان یک فضاپیما با نمای بیرونی مقاوم در برابر گرما بسازند، تجهیزات الکترونیکی مبتنی بر سیلیکون در دما‌های بسیار بالا متزلزل می‌شود و در عمل تلاش‌ها برای انجام مأموریت را بی‌فایده می‌کند.  

 نیترید گالیوم به عنوان یک ماده، در دمای بالای ۹۰۰ فارنهایت (۵۰۰ درجه سانتیگراد) مقاومت می‌کند، اما دانشمندان نمی‌دانستند که الکترونیکی که با استفاده از این ماده تولید می‌شود، بالاتر از حد عملیاتی ۵۷۲ فارنهایت (۳۰۰ درجه سانتیگراد) دستگاه‌های ساخته شده با سیلیکون است.  

رویکرد گام به گام

جان نیرولا، دانشجوی فارغ التحصیل در رشته مهندسی برق و علوم کامپیوتر (EECS) ام آی تی در این باره می‌گوید: ترانزیستور‌ها قلب اکثر وسایل الکترونیک مدرن هستند، اما ما نمی‌خواستیم مستقیماً به سمت ساخت ترانزیستور نیترید گالیوم برویم، زیرا ممکن است مشکلات زیادی پیش بیاید.  

 نیرولا در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: «ما ابتدا می‌خواستیم مطمئن شویم که این ماده می‌تواند دوام بیاورد و بفهمیم که با افزایش دما چقدر تغییر می‌کند. تماس‌های اهمی نحوه ارتباط نیمه هادی‌ها با دنیای خارج هستند. برای مطالعه تاثیر دما بر تماس‌های اهمی، محققان این اتصالات را به مدت ۴۸ ساعت در دمای ۹۳۲ فارنهایت (۵۰۰ درجه سانتی‌گراد) قرار دادند.

 آنها دریافتند که پس از قرار گرفتن در معرض دمای بالا، این اتصالات از نظر ساختاری دست نخورده باقی مانده‌اند، که نشانه‌ای امیدوارکننده برای آینده، از جمله توسعه ترانزیستور‌های کارآمد است.  

 درک مقاومت

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

 برای شروع، مقاومت نیترید گالیم با اندازه آن نسبت معکوس دارد. در حالی که نیمه هادی‌ها به سایر وسایل الکترونیکی متصل شوند باید مقاومت آنها را به همراه این قطعات سنجید؛ که به عنوان مقاومت تماسی از آن یاد می‌شود و در دستگاه ثابت می‌ماند و داشتن بیش از حد آن باعث ناکارآمدی دستگاه‌ها می‌شود.  

 برای درک بهتر مقاومت تماسی در دستگاه‌های نیترید گالیوم، محققان ام آی تی ساختار‌های روش طول انتقال را ساختند که از یک سری مقاومت تشکیل شده است و امکان اندازه‌گیری مقاومت تماس و مواد را فراهم می‌کند.  

در نهایت محققان با همکاری دانشگاه رایس، مقاومت این ساختار‌ها را در دمای ۹۳۲ فارنهایت (۵۰۰ درجه سانتیگراد) اندازه گیری کردند.  

محققان دانشگاه ماساچوست، آزمایش‌های طولانی‌مدتی انجام دادند و ساختار‌های داخل یک کوره تخصصی را به مدت ۷۲ ساعت در معرض دید قرار دادند تا تعیین کنند که چگونه مقاومت بر اساس دما و زمان تغییر می‌کند. آنها از میکروسکوپ‌های الکترونی برای مشاهده چگونگی تأثیر دما‌های بالا بر مواد و تماس‌های اهمی استفاده کردند.  

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