III-nitrider för UV och högfrekvenstillämpningar
- Diarienummer
- RE07-0007
- Start- och slutdatum
- 080701-120630
- Beviljat belopp
- 15 600 000 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Detta samarbetsprojekt mellan Linköpings Universitet och Chalmers, med stöd av industrin, syftar till utveckling av en teknologiplattform för III-nitrider som kan användas för tillverkning av •"laserdioder (LDs) och lysdioder (LEDs) som ljuskällor för koherent och inkoherent ultraviolett (UV, < 400 nm) och kortvågig UV (DUV, < 300 nm) strålning, •"avancerade hög-elektron-mobilitets-transistorer (HEMTs) för användning inom kraft och högfrekvens (HF) applikationer med prestanda som väsentligt överstiger vad som kan åstadkommas med den nuvarande teknologin. Därmed möjliggörs exploatering av III-N baserade system in flera ICT applikationsområden, som: datalagring med hög densitet, biologiska sensorsystem, solid-state belysning, och nya verktyg för mikroelektronik, trådlös kommunikation och radarsystem. •"LiU har utvecklat en ny teknik för tillväxt av material med höga bandgap (WBG), känd under namnet ”hot wall CVD”, som lämpar sig utmärkt för att odla de högkvalitativa Al-rika AlGaN heterostrukturer som behövs för emission i UV-DUV, liksom de InAlN/GaN heterostrukturer som erfordras för både UV och HF tillämpningar. Defekter i WBG material är ett annat starkt forskningsområde vid LiU, av stort värde i detta projekt. •"Chalmers har mångårig erfarenhet och expertis från kvalificerad forskning inom halvledarbaserade ljusemitterande komponenter och HF elektronik, och dessutom en välutvecklad processresurs för tillverkning av WBG komponenter.
Populärvetenskaplig beskrivning
Under det senaste decenniet har det skett en kraftfull utveckling av nya komponenter baserade på halvledarmaterial med stora bandgap. Detta projekt berör det viktigaste av dessa nya materialsystem, nämligen III-nitrider (GaN, AlN, InN och legeringar mellan dessa). Effektiva lysdioder av InGaN-GaN för våglängder violett – grönt saknades tidigare, men sådana möjliggör nu nya applikationer inom t ex displayer, trafikreglering, indikatorlampor i apparatur och fordon, etc. Violetta InGaN-GaN diodlasrar används i de senaste systemen för datalagring och DVD baserad hemelektronik. En kraftfull utveckling har också ägt rum inom mikrovågsområdet. Transistorer baserade på AlGaN-GaN introduceras nu i applikationer som högeffektiva och bredbandiga förstärkare för trådlös kommunikation och radar. En andra generation avancerade komponenter av III-nitrider för nya tillämpningar håller nu på att utvecklas. Ett exempel är vita diodlampor avsedda att ersätta dagens glödlampor och lysrörssystem, vilka är olämpliga ur miljösynpunkt. Dessa förväntas få ett genomslag inom 5-10 år för allmänbelysning, men redan inom något år inom fordonsindustrin, förutsatt att de materialrelaterade problem som sänker ljusutbytet på dessa lampor kan lösas. En del av projektet berör utveckling av lysdioder och diodlasrar inom UV-området. Ett antal materialproblem föreligger här, t ex hur man uppnår önskvärd konduktivitet och hur man reducerar defekttätheten så att ljusutbytet blir optimalt. Sådana nya kompakta komponenter med nästan obegränsad livslängd beräknas ersätta dagens klumpiga och miljöfarliga UV emitterande lampor och lasrar. Intressanta nya applikationer finns inom högupplöst litografi, medicinsk teknik (t ex sterilisering), detektion av farliga molekyler i t ex luft, men även destruktion av sådana via UV stimulerade kemiska processer med hjälp av katalysatorer. Detta kan få mycket bred användning för luftrening i lokaler eller fordon (en prototyp finns redan i vissa Toyotamodeller). Rening av rökgaser i industrin och avgaser från fordon är av stort intresse. Inom mikrovågsområdet kommer den andra generationens III-nitrider att möjliggöra ännu mer effektiva transistorer och ökade möjligheter för att skräddarsy material för specifika applikationer (lågbrusförstärkare, signalkällor). Dessutom kommer nya möjligheter inom trådlös kommunikation (t.ex. trådlös ”multi-Gb/s ” kommuniktion) att öppnas upp tack vare de högre gränsfrekvenser som möjliggörs med dessa material.