Galyum Nitrür Üzerine Devrim Niteliğinde Bir Keşif
Çinli bilim insanları, ileri düzey elektronik uygulamalarında devrim yaratma potansiyeline sahip olan üçüncü nesil yarı iletken malzeme galyum nitrür (GaN) üretiminde temel kusur kaynaklarını belirlediler. Bu keşif, özellikle askeri alanda kritik bir öneme sahip olması nedeniyle, Çin’in teknoloji sahasındaki küresel rekabet gücünü önemli ölçüde artırabilir.
Kusurların Kaynağı
Pekin Üniversitesi’nden Profesör Huang Bing liderliğindeki araştırma ekibi, GaN kristal büyümesi sırasında meydana gelen kusurların başlıca nedenlerini ortaya çıkardı. Araştırmalar, kristal yapıyı bozan ve bunun sonucunda sızıntı ve düşük performansa yol açan yer değiştirme kusurlarının ana etken olduğunu göstermektedir.
Bu kusurlar, GaN’ın altıgen atomik yapısının bir sonucu olarak ortaya çıkmaktadır ve bu durum, onu silikonun kübik yapısından ayıran önemli bir farklılıktır. Silikon tabanlı yarı iletkenlerde kusurlar genellikle “kayma” hareketi (gliding) ile kontrol edilebilirken, GaN’deki kusurlar büyük ölçüde “tırmanma” (climbing) adı verilen, atom sayısındaki değişimlerle ilişkili bir süreçten kaynaklandığı tespit edilmiştir. Bu süreç, endüstriyel uygulamalarda daha önce tam olarak anlaşılamamıştı.
İleri Teknoloji ile Keşif
Araştırma ekibi, atomik ölçekli kusurları tespit etmek için Taramalı-Geçirimli Elektron Mikroskobu (STEM) teknolojisini kullandı. Elde ettikleri bulgularla, “Fermi seviyesi ayarı” olarak adlandırılan bir yöntemle kusurların oluşumunu kontrol edebileceklerini keşfettiler. Elektronların enerji seviyelerini değiştirerek, GaN kristalindeki yapısal kusurları en aza indirmeyi başardılar.
Profesör Huang Bing, bu konuda şu ifadeleri kullandı: “Geleneksel kusur azaltma yöntemleri genellikle farklı alt tabakalar kullanmak veya kristalleşme sıcaklıklarını ayarlamak gibi yüzeysel çözümler sunuyor. Ancak bu yaklaşımlar, yalnızca semptomları ele almakta, gerçek nedenleri çözmemektedir.”
GaN Neden Bu Kadar Önemli?
Galyum nitrür, 5G baz istasyonları, radar sistemleri, askeri iletişim, havacılık ve elektronik harp sistemleri gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek voltaj, frekans ve sıcaklık koşullarında çalışabilme kapasitesi, onu silikonun yerine tercih edilen bir malzeme haline getiriyor. ABD gibi büyük güçler, gelişmiş çip üretiminde GaN teknolojisine önemli bir bağımlılık göstermektedir.
Öte yandan, Çin, dünya genelinde galyum üretiminin yaklaşık %98’ini kontrol etmekte ve yakın zamanda bu elementin ihracatını yasaklamıştır. Bu durum, ABD’nin (özellikle Pentagon’un) uygun maliyetli GaN çipleri temin etmesini zorlaştırarak, maliyetleri artırma riski taşımaktadır.
