입방정 질화붕소 성장을 위한 새로운 접근 방식:

Lehigh University의 재료 연구원 Siddha Pimputkar는 NSF CAREER 상을 수상하여 대량 단결정 질화물을 성장시키는 새로운 방법을 개발했습니다. 이는 보다 효율적이고 저렴한 전자 장치와 혁신적인 제조 도구로 이어질 수 있는 발전입니다.

리하이대학교

이미지: Lehigh University 재료 과학 및 공학 조교수인 Siddha Pimputkar는 "중간 압력 하에서 전구체의 제어된 분해를 통한 질화물 합성" 제안으로 NSF CAREER 상을 수상했습니다.더보기

신용: 리하이 대학교

모든 학문에는 성배가 있습니다. Lehigh University의 PC Rossin 공과대학 및 응용과학 대학의 재료 과학 및 공학 조교수인 Siddha Pimputkar에게 그것은 입방정 질화붕소입니다.

질화물은 질소 원자가 갈륨이나 붕소 또는 대부분의 금속과 같은 다른 원소에 결합되어 있는 광범위한 화학 화합물입니다.

이러한 질화물 중 일부는 실리콘보다 더 효율적이고 전원을 켜거나 연결하는 거의 모든 장치에 편재하는 강력한 반도체입니다. 일부 질화물은 경도 면에서 다이아몬드와 맞먹습니다. 일부는 극한 환경에서도 작업할 수 있습니다. 그리고 입방정 질화붕소와 ​​같은 일부 물질은 이러한 모든 일을 할 수 있습니다.

Pimputkar는 “실리콘에 비해 입방정 질화붕소는 전력망에서 볼 수 있는 것과 같이 더 높은 전압과 전류를 포함한 더 극단적인 조건에서 작동할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. “작동할 수 있는 전압이 높을수록 동일한 양의 전력을 공급하는 데 필요한 전류가 줄어듭니다. 송전선과 마찬가지로 우리는 시스템을 통해 흐르는 전류의 양을 줄이고 결과적으로 시스템의 비효율성으로 인해 발생하는 폐열을 줄이기 위해 가능한 최고 전압에서 작동하고 싶습니다. 이는 결과적으로 회로의 전체 구성 요소를 제거하거나 다시 구상할 수 있게 하여 전력 변환기의 크기와 비용을 줄일 수 있게 해줍니다.”

예를 들어, “하나의 응용 분야는 실리콘 기반 기술처럼 전력 제어 시스템을 시원하게 유지하기 위해 팬 및 관련 제어 장치를 포함한 능동 냉각 시스템이 필요하지 않은 하이브리드 또는 전기 자동차입니다. 입방정 질화붕소의 특성으로 인해 훨씬 ​​더 높은 전압과 온도에서 작동할 수 있어 수동 냉각이 허용되기 때문에 이러한 복잡성과 오류 지점을 제거할 수 있습니다."

질화물은 재료로서 흥미롭고 광범위한 잠재력을 가지고 있습니다. 그것들은 또한 만들기가 정말, 정말 어렵습니다.

그러나 이를 위한 혁신적인 시스템을 개발하겠다는 Pimputkar의 제안은 최근 국립과학재단(National Science Foundation)의 교수 조기 경력 개발(CAREER) 프로그램의 지지를 얻었습니다.

권위 있는 NSF CAREER상은 뛰어난 연구, 우수한 교육, 교육과 연구의 통합을 통해 교사-학자의 역할을 모범적으로 보여주는 미국 전역의 주니어 교수진에게 매년 수여됩니다. 각 지원금은 5년 동안 약 $500,000 수준의 안정적인 지원을 제공합니다.

'압력 조리' 결정체

이 프로젝트에서 Pimputkar는 결함이 없는 대형 단결정 질화물을 저렴하게 성장시킬 수 없다는 오래되고 복잡한 문제를 극복하고 그 성장을 확장할 수 있도록 시도할 것입니다.

크기가 중요하다고 Pimputkar는 설명합니다. 왜냐하면 크리스탈의 직경이 커질수록 랩탑과 휴대폰을 충전하는 데 사용되는 전력 변환기와 같은 전자 제품의 최종 비용이 낮아지기 때문입니다. (일단 성장한 결정은 단단한 물질 덩어리와 유사하며, 전력 전자 칩을 만들기 위한 플랫폼을 형성하는 얇고 둥근 웨이퍼로 절단됩니다. 웨이퍼가 클수록 단일 처리 단계에서 더 많은 칩을 만들 수 있습니다. 각 칩은 더 저렴합니다.)

결함은 분명히 중요합니다. 결정 내의 원자는 서로 완벽하게 배향되어야 하며, 각 이웃은 특정 요소로 구성되어야 한다고 그는 말합니다. 왜냐하면 편차가 있으면 재료의 성능과 기능, 그리고 전자 장치에 부정적인 영향을 미치기 때문입니다.