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2024-12-18 18:49:00
研究者の Keon Sahebkar 氏 (フロリダ大学)、Brooks Tellekamp、Stephen Schaefer、Nancy Haegel (左から右) は、NREL でパワー エレクトロニクス、固体照明、ニューロモーフィック コンピューティングに取り組んでいます。テレカンプは、次のようなリーダーとして認識されています。 物理学ジャーナル D: 応用物理学。 写真提供：NREL、シンシア・タイラー
ブルックス テレカンプは、高校のコンピューティング インフラストラクチャを通じて科学への道を見つけました。彼は、NASA との契約に携わったハネウェルの退職エンジニアである学校の情報技術専門家がコンピューティング インフラストラクチャのニーズに対応できるよう支援しました。
これらの初期の経験により、Telekamp は明確な道を歩むようになりました。その結果、彼は工学部を目指すことになりました。
「私は、酸化亜鉛半導体のバルク成長スタートアップ企業の共同作業プログラムに参加していました」と国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) の材料科学研究者であるテレカンプ氏は語ります。 「会社の従業員がアラン・ドゥーリトルの授業を受けることを勧めてくれました。その後、ドゥーリトルは彼の研究室で大学院の学位を取得することを勧めてくれました。その過程で、私は研究を可能性として考えたことはありませんでしたが、研究室で働く機会を得ることができました。」ドゥーリトル研究所は確かにそれを変えました。」
そのありそうもない道がテレカンプを NREL にもたらし、今では彼は、
物理学ジャーナル D: 応用物理学 として ジャーナルの特別号に登場する新興リーダー。
Brooks Tellekamp は、分子線エピタキシーによって成長させた薄膜を調べます。 写真提供：NREL、シンシア・タイラー
キーマテリアルの合成
テレカンプ氏は、自身のキャリアにおける初期の画期的な出来事をはっきりと覚えています。ジョージア工科大学の大学院時代、合成の秘密が失われた材料の合成に何年も試みた後、ニオブ酸リチウム (LiNbO2) の合成に成功しました。この材料は、ニューロモーフィック コンピューティングのためにシナプスを模倣するために使用されるデバイスであるメモリスタです。コンピューティングへのこのアプローチは、人間の脳の機能を模倣しています。
その後、テレカンプ氏はポスドクとして NREL に到着し、三元窒化物という彼にとって初めての分野の研究に取り組みました。 Telekamp 氏は、ニューロモーフィック コンピューティングに関する過去の研究を NREL での研究に引き継ぎ、このアプリケーション向けのカルコゲナイド材料をレビューし、 別の酸化物材料である NdNiO3 のメムリスティブ特性。そこから、パワーエレクトロニクス用途向けの次世代の酸化物および窒化物半導体に焦点を当ててきました。
別の画期的な進歩として、Telekamp とチームは次のことを行うことができました。 酸化ガリウム(Ga2O3)-酸化インジウム(III)合金を合成する、パワーエレクトロニクス用途の別の半導体材料。
「インジウムをGa2O3結晶に取り込むのに苦労しました」とテレカンプ氏は語った。 「私たちは通常、成長前と成長後に表面をきれいにするために、高温でガリウムを使用して Ga2O3 結晶の一部を研磨する方法を使用します。 別の 成長に失敗した場合（電子回折でリアルタイムに監視できます）、私はこのプロジェクトに取り組んでいるポスドクのスティーブン・シェーファーに、ガリウムを使用して膜をエッチングして最初からやり直すように依頼しました。これにより、成長スペースを急速に拡張するために使用する周期的な成長/エッチング手法の開発が行われ、スループットが約 6 倍、基板使用率が約 46 倍増加しました。それは楽しい「なるほど」の瞬間でした。」
三元窒化物半導体に関する Telekamp の研究は、彼と同僚に大きな注目を集めました。三元窒化物は、よりエネルギー効率の高い発光ダイオード (LED) を提供する可能性があります。彼の博士研究員の研究は三元窒化物に焦点を当てていました。それらを高品質で合成する、異なる基質上でそれらを成長させるそれらの光学特性を理解するため、そしてZnGeN2 と窒化ガリウム (GaN) 間の高品質な界面を実証。これらすべてが、GaN および ZnGeN2 超格子の成長のデモンストレーション分子線エピタキシーは、より効率的な LED への重要なステップです。この作品は、新興リーダー表彰の一環として取り上げられました。 ZnGeN2 は、LED の化合物半導体である GaN の代替品となります。GaN は、青色光の生成には非常に効率的ですが、温白色の室内照明に必要な緑色や琥珀色の光の生成にはそれほど効率的ではありません。 ZnGeN2 は GaN と類似した構造を持っており、互換性が高く、青色光を白色光に変換するために現在使用されている希土類元素を必要とせずに、よりエネルギー効率の高い緑色と琥珀色の LED を可能にする可能性があります。
半導体: 次世代
NREL では現在、次世代のウルトラワイドバンドギャップ半導体が Telekamp の時間を占めています。彼は、パワー エレクトロニクスと極限環境エレクトロニクスにわたる、より多くのアプリケーションを備えた半導体に取り組んでいます。超ワイドバンドギャップ材料は伝統的に絶縁体であり、時には優れた絶縁体ではありませんでしたが、テレカンプ氏は、これらの化合物の導電率を制御する能力が電化経済にとって重要であることが判明したと指摘しました。 「電動化は、すべての電力要件を効率的かつコスト効率の高い方法で管理できる場合にのみ意味があり、これらの超ワイドバンドギャップ材料がこの効率を可能にします。」と同氏は述べた。
「私たちが現在これを追求している方法の 1 つは、新しい超ワイドバンドギャップ材料の発見と設計を通じてです。理論的に予測されたそして私は今合成しようとしています。もう 1 つの方法は、窒化ガリウムの合金である、よく研究された材料 (Al,Ga)N (AlGaN) を使用した (横型ではなく) 縦型デバイスの製造方法を開発することです (すべての LED はこれで作られています)。 ）および窒化アルミニウム。数年前、これを行う方法を見つけるために社内で資金提供されたプロジェクトがありました。そして、私たちは次の方法を思いつきました。コスト効率の高い方法で炭化タンタル薄膜を堆積し、その上に AlGaN を成長させるのに十分な高品質を実現します。。」
テレカンプ氏と研究仲間は、この研究を、NREL のナンシー・ヘーゲル氏が主導する最近資金提供されたエネルギーフロンティア研究センタープログラム「パワーエレクトロニクス材料および製造探査センター (APEX)」に取り入れています。テレカンプはこのテーマに関する作業を共同で主導します。
Tellekamp は、縦型 AlGaN 電子デバイスの進歩を継続することを目指しています。
「設計した基板からデバイスを取り外して、より良い熱管理と基板の再利用が可能になるところまで到達できればと思っています」とテレカンプ氏は語った。 「異なる材料の界面がどのように結合するかを理解するまでには非常に多くの実験があり、その後、新しいタイプの欠陥を管理する方法を学ばなければなりません。しかし、今後 5 年以内にこれを次のように実証できることを願っています。」電力を要求するアプリケーションのエネルギー効率を向上させる実行可能なテクノロジーです。
「酸化物（窒化物ではなく）の面では、酸化ガリウムがコスト、性能、採用の面でかなり劇的な飛躍を遂げることになると思います。すでにそのペースは疲弊しており、最初の酸化ガリウムトランジスタはほんのわずかでした。 12 年前に開発されましたが、今後 5 年以内に、研究レベルのデバイスが 10 kV の破壊電圧を超え始める中、酸化ガリウム デバイスが市場に登場すると思います。私たちの基礎科学研究が成果を上げてくれることを願っています。 Ga2O3 と他の材料で形成された界面がその進歩に一役買っています。」
詳しくはこちら ブルックス・テレキャンプの作品 そしてNRELについて 材料科学の研究。
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