Forskere ser defekter i potentiel ny halvleder

Et forskerhold har rapporteret at se, for første gang, atomare skala defekter, der dikterer egenskaberne af en ny og kraftig halvleder.

Studiet, offentliggjort tidligere på måneden i tidsskriftet Fysisk gennemgang X , viser et grundlæggende aspekt af, hvordan halvlederen, beta gallium oxid, styrer elektriciteten.

"Vores opgave er at forsøge at identificere, hvorfor dette materiale, kaldet beta galliumoxid, handler som den handler på det grundlæggende niveau, " sagde Jared Johnson, hovedforfatter af undersøgelsen og en kandidatforsker ved Ohio State University Center for Electron Microscopy and Analysis. "Det er vigtigt at vide, hvorfor dette materiale har de egenskaber, det har, og hvordan den fungerer som en halvleder, og vi ønskede at se på det på atomniveau - for at se, hvad vi kunne lære."

Forskere har kendt til beta galliumoxid i omkring 50 år, men først i de sidste mange år er det blevet en spændende mulighed for ingeniører, der ønsker at bygge mere pålidelige, mere effektive højdrevne teknologier. Materialet er særligt velegnet til enheder, der bruges under ekstreme forhold, som i forsvarsindustrien. Holdet har studeret beta-galliumoxid for dets potentiale til at levere højdensitetskraft.

Til denne undersøgelse, CEMAS-holdet, overvåget af Jinwoo Hwang, assisterende professor i materialevidenskab og teknik, undersøgt beta galliumoxid under et kraftigt elektronmikroskop, at se, hvordan materialets atomer interagerer. Det, de så, bekræftede en teori, der først blev antaget for omkring et årti siden af ​​teoretikere:Beta-galliumoxid har en form for ufuldkommenhed i sin struktur, noget holdet omtaler som "punktdefekter, ", som er ulig alle defekter, der tidligere er set i andre materialer.

Disse defekter har betydning:F.eks. de kunne være steder, hvor elektricitet kunne gå tabt i transit mellem elektroner. Med korrekt manipulation, fejlene kan også give muligheder for hidtil uset kontrol med materialets egenskaber. Men forståelsen af ​​defekterne skal komme, før vi lærer at kontrollere dem.

"Det er meget meningsfuldt, at vi faktisk direkte kunne observere disse punktdefekter, disse abnormiteter i krystalgitteret, " sagde Johnson. "Og disse punktdefekter, disse ulige kugler i gitterstrukturen, sænke strukturens energistabilitet."

En lavere energistabilitet betyder, at materialet kan have nogle fejl, der skal løses for at kunne lede elektricitet effektivt, Johnson sagde, men de betyder ikke, at beta-galliumoxid ikke nødvendigvis ville være en god halvleder. Defekterne kan faktisk opføre sig gunstigt til at lede elektricitet - hvis videnskabsmænd kan kontrollere dem.

"Dette materiale har meget gode egenskaber for disse højtydende teknologier, " sagde han. "Men det er vigtigt, at vi ser dette på det grundlæggende niveau - vi forstår næsten videnskaben bag dette materiale, og hvordan det virker, fordi denne defekt, disse abnormiteter, kan påvirke den måde, den fungerer på som en halvleder."