До недавнего времени ученые могли только догадываться, почему произошло это явление: была ли сама материальная система нитрида галлия настолько неупорядоченной по своей природе, что добавление дополнительных дефектов имело незначительный эффект? Или же сильное связывание атомов галлия и азота с узлами их решетки затруднило перемещение атомов?Ответ, по мнению ученых из Военно-морской исследовательской лаборатории, ни к одному из вышеперечисленных.Изучение радиационной реакции
В недавней статье в открытом доступе, опубликованной в журнале ECS Journal of Solid State Science and Technology под названием «О радиационной стойкости AlGaN / GaN HEMT», группа исследователей из NRL заявляет, что, изучая влияние протонного облучения на нитрид галлия: на основе HEMT с широким диапазоном дефектности исходных пронизывающих дислокаций, они обнаружили, что качество материала до облучения не влияло на радиационный отклик.Кроме того, команда обнаружила, что разница по порядку величины в радиационной стойкости между HEMT на основе арсенида галлия и нитрида галлия слишком велика, чтобы ее можно было объяснить различиями в энергии связи. Вместо этого они заметили, что радиационно-индуцированный беспорядок приводит к снижению подвижности носителей и увеличению скорости рассеяния, как и ожидалось, но на концентрацию носителей влияет значительно меньше, чем следовало бы.
Приложения в освоении космосаИз-за их относительной радиационной стойкости HEMT на основе арсенида галлия и нитрида галлия желательны для использования в космосе.
Возьмем, к примеру, космический корабль Juno.4 июля космический корабль «Юнона» успешно вышел на орбиту вокруг Юпитера — планеты, о которой ученые еще очень мало знают, поскольку она генерирует экстремальные уровни радиации. Без надлежащей технологии уровни излучения Юпитера могут разрушить чувствительную электронику спутника при приближении к планете. Лучшее понимание того, почему HEMT на основе арсенида галлия и нитрида галлия более устойчивы к радиации, может в конечном итоге ускорить инновационные и поддержать проекты, в которых уровни радиации оказываются препятствиями.
Объяснение этого нового открытия оказывается довольно элегантным.В HEMT на основе нитрида галлия пьезоэлектрическое поле формируется на границе раздела нитрид алюминия-галлия / нитрид галлия из-за деформации решетки.
Поле порождает двумерный электронный газ, с помощью которого носители перемещаются через транзистор от истока к стоку. Это также обеспечивает электрически привлекательную среду, которая вызывает повторную инжекцию носителей, которые рассеиваются из двумерного электронного газа радиационными дефектами.
Таким образом, скорость рассеяния может увеличиваться, а подвижность может уменьшаться без значительного влияния на двумерную плотность носителей электронного газа.Другими словами, именно внутренняя структура делает HEMT из нитрида галлия / нитрида галлия радиационно-твердыми.«Нитрид галлия — такая сложная система, совсем не похожая на арсенид галлия», — говорит Брэдли Уивер, соавтор исследования. «Мы четыре года изо всех сил пытались понять, почему это так сложно, ожидая сложного решения.
Но ответ оказался очень простым. Наука иногда делает это».