Ученые создали термостабильный полупроводник из алмаза и нитрида галлия
Ученые из Городского университета Осаки создали высокопроводящий полупроводник из нитрида галлия и алмаза, связанных напрямую без использования дополнительных слоев. Полученный материал может сохранять свои свойства при температурах до 1000 °С, что крайне актуально для создания мощных электронных устройств будущего. Статья опубликована в журнале Advanced Materials.
Нитрид галлия на алмазной подложке представляет собой многообещающий полупроводниковый материал. Широкая запрещенная зона обоих составляющих обеспечивает высокую проводимость, а высокая теплопроводность алмаза делает его отличной подложкой. Однако для объединения двух материалов необходимо использовать дополнительный слой, который снижает преимущества полупроводника.
«Таким образом, существует потребность в технологии, которая сможет напрямую интегрировать алмаз и нитрид галлия, — говорит первый автор исследования Цзяньбо Лян. — Однако из-за больших различий в кристаллических структурах прямое наращивание алмаза на нитриде галлия и наоборот — невозможно».
Одно из решений — сплавление двух элементов без каких-либо промежуточных слоев. Однако для этого структура должна быть нагрета до температур, превышающих 500 °С. Как правило, это вызывает трещины из-за того, что два материала по-разному расширяются при нагревании.
Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые использовали технологию склеивания с активацией поверхности (surface activated bonding) для изготовления поверхностей раздела между алмазом и нитридом галлия при комнатной температуре. При этом материал остается стабильным даже при нагревании до 1000 °С.
Результаты показали, что на границе материалов образовался промежуточный слой толщиной около 5,3 нм, состоящий из аморфного углерода и алмаза, в которых располагались атомы галлия и азота. При увеличении температуры отжига слой утончался из-за преобразования аморфного углерода в алмаз. При температуре 1000 °С слой уменьшился до 1,5 нм. Ученые полагают, что он может быть полностью удален оптимизацией процесса.