Vurdering af løftet om galliumoxid som en ultrawid bandgap -halvleder

I mikroelektroniske enheder, båndgabet er en vigtig faktor, der bestemmer den elektriske ledningsevne af de underliggende materialer. Stoffer med store båndgap er generelt isolatorer, der ikke leder elektricitet godt, og dem med mindre båndgab er halvledere. En nyere klasse af halvledere med ultrabred båndgab (UWB) er i stand til at fungere ved meget højere temperaturer og kræfter end konventionelle småbåndsgange siliciumbaserede chips fremstillet med modne båndgapmaterialer som siliciumcarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN).

I Journal of Applied Physics , forskere ved University of Florida, U.S. Naval Research Laboratory og Korea University giver et detaljeret perspektiv på egenskaberne, evner, nuværende begrænsninger og fremtidige udviklinger for en af ​​de mest lovende UWB -forbindelser, galliumoxid (Ga2O3).

Galliumoxid besidder en ekstremt bred båndgab på 4,8 elektronvolt (eV), der dværger siliciums 1,1 eV og overstiger 3,3 eV udstillet af SiC og GaN. Forskellen giver Ga2O3 evnen til at modstå et større elektrisk felt end silicium, SiC og GaN kan uden at bryde sammen. Desuden, Ga2O3 håndterer den samme spænding over en kortere afstand. Dette gør det uvurderligt at producere mindre, mere effektive højeffekttransistorer.

"Galliumoxid tilbyder halvlederproducenter et meget anvendeligt substrat til mikroelektroniske enheder, "sagde Stephen Pearton, professor i materialevidenskab og teknik ved University of Florida og en forfatter på papiret. "Sammensætningen fremstår ideel til brug i kraftdistributionssystemer, der oplader elbiler eller omformere, der flytter elektricitet ind i elnettet fra alternative energikilder, såsom vindmøller."

Pearton og hans kolleger så også på potentialet for Ga2O3 som en base for metaloxid-halvlederfelt-effekt-transistorer, bedre kendt som MOSFETs. "Traditionelt set disse små elektroniske kontakter er lavet af silicium til brug i bærbare computere, smartphones og anden elektronik, "Sagde Pearton." For systemer som ladestationer til elbiler, vi har brug for MOSFET'er, der kan fungere ved højere effektniveauer end siliciumbaserede enheder, og det er her, galliumoxid kan være løsningen. "

For at opnå disse avancerede MOSFET'er, forfatterne fastslog, at der er behov for forbedret gate -dielektrik, sammen med varmestyringsmetoder, der mere effektivt vil udtrække varme fra enhederne. Pearton konkluderede, at Ga2O3 ikke vil erstatte SiC og GaN som det næste primære halvledermateriale efter silicium, men mere sandsynligt vil spille en rolle i at udvide rækkevidden af ​​kræfter og spændinger, der er tilgængelige for ultrawide bandgap -systemer.

"Den mest lovende anvendelse kan være som højspændingsrettere i el-konditionerings- og distributionssystemer såsom elbiler og solcelleanlæg, " han sagde.