Новый подход к выращиванию кубического нитрида бора:

Исследователь материалов из Университета Лихай Сиддха Пимпуткар получает награду NSF CAREER за разработку нового метода выращивания объемных монокристаллических нитридов — достижение, которое может привести к созданию более эффективных и менее дорогостоящих электронных устройств и инновационных производственных инструментов.

Университет Лихай

Изображение: Доцент Университета Лихай по материаловедению и инженерии Сиддха Пимпуткар получил награду NSF CAREER за свое предложение «Синтез нитридов посредством контролируемого разложения прекурсоров при умеренном давлении».посмотреть больше

Предоставлено: Университет Лихай.

В каждой дисциплине есть свой Святой Грааль. Для Сиддхи Пимпуткара, доцента кафедры материаловедения и инженерии в Колледже инженерных и прикладных наук имени П.С. Россина Университета Лихай, это кубический нитрид бора.

Нитриды представляют собой широкий набор химических соединений, в которых атом азота связан с другим элементом, например галлием или бором, или большинством металлов.

Некоторые из этих нитридов представляют собой мощные полупроводники, более эффективные, чем кремний, и они повсеместно присутствуют практически в каждом устройстве, которое вы включаете или подключаете. Некоторые нитриды по своей твердости могут соперничать с алмазом. Некоторые из них также способны работать в экстремальных условиях. А некоторые, например кубический нитрид бора, могут делать все это.

«По сравнению с кремнием, кубический нитрид бора может работать в более экстремальных условиях, включая более высокие напряжения и токи, например, в электросетях», — говорит Пимпуткар. «Чем выше напряжение, с которым вы можете работать, тем меньший ток требуется для передачи того же количества мощности. Как и в случае с линиями электропередачи, мы хотели бы работать при максимально возможном напряжении, чтобы уменьшить величину тока, проходящего через систему, и, как следствие, уменьшить количество отходящего тепла, выделяющегося из-за неэффективности системы. Это, в свою очередь, позволяет исключить или переосмыслить целые компоненты схемы, тем самым уменьшая размер этих преобразователей электрической энергии и, следовательно, их стоимость».

Например, говорит он, «одним из приложений являются гибридные или электромобили, в которых вам не потребуются активные системы охлаждения, включая вентиляторы и соответствующие элементы управления, чтобы поддерживать охлаждение систем управления питанием, как это происходит с кремниевыми технологиями. Вы можете устранить эту сложность и эти точки отказа, поскольку свойства кубического нитрида бора позволяют ему работать при гораздо более высоких напряжениях и температурах, что делает пассивное охлаждение приемлемым».

Нитриды как материал обладают захватывающим и далеко идущим потенциалом. Их также очень, очень сложно сделать.

Но предложение Пимпуткара разработать инновационную систему для этой цели недавно получило поддержку программы развития ранней карьеры преподавателей (CAREER) Национального научного фонда.

Престижная награда NSF CAREER ежегодно вручается младшим преподавателям в США, которые демонстрируют роль ученых-преподавателей посредством выдающихся исследований, отличного образования и интеграции образования и исследований. Каждая награда обеспечивает стабильную поддержку на уровне примерно $500 000 в течение пятилетнего периода.

Кристаллы, приготовленные под давлением

В этом проекте Пимпуткар попытается решить давнюю и сложную проблему — невозможность недорого вырастить большие монокристаллические нитриды без дефектов — а затем сможет масштабировать этот рост.

Размер имеет значение, объясняет Пимпуткар, потому что с каждым увеличением диаметра кристалла конечная стоимость электроники, такой как преобразователи мощности, используемые для зарядки ноутбуков и телефонов, снижается. (После выращивания кристалл напоминает твердый кусок материи, который затем разрезается на тонкие круглые пластины, которые образуют платформу для изготовления чипов силовой электроники. Чем больше пластина, тем больше чипов вы можете изготовить за один этап обработки, создавая каждая микросхема дешевле.)

Дефекты, очевидно, имеют значение. Атомы внутри кристалла должны быть идеально ориентированы друг относительно друга, и каждый сосед должен принадлежать к определенному элементу, говорит он, потому что любое отклонение отрицательно повлияет на производительность и возможности материала и, следовательно, на электронику.