Halvledande oxider är en ny klass av material som för närvarande åtnjuter stor uppmärksamhet inom halvledarteknik. Galliumoxid är det arketypiska exemplet för dess förmåga att hantera extremt höga spänningar och dess optiska transparens i den djupa ultravioletta regionen, vilket lovar en generation elektroniska komponenter med enastående prestanda. Sådana komponenter är baserade på mycket tunna, ultrarena halvledarskikt producerade med speciella avsättningsmetoder. Fysiker vid Paul Drude Institute for Solid State Electronics (PDI) har nu drastiskt ökat utbytet av galliumoxid med en katalytisk effekt observerad för första gången under kristalltillväxt. Denna effekt är inte bara en ny upptäckt; den kan också överföras till andra material med liknande egenskaper som galliumoxid. Resultaten visas i Fysiska granskningsbrev .

Fysisk ångavsättning (PVD) är en av de viktigaste teknikerna vid tillverkning av tunna, mycket rena halvledarskikt. En särskild form av PVD är molekylär stråleepitaxi (MBE), som fysikerna använde i sina undersökningar. Reaktionskemin under MBE är mycket enklare än i andra, mer komplexa halvledartillverkningstekniker. PDI -forskarna hade därför inte förväntat sig att observera en katalytisk effekt under MBE -processen. De har förklarat detta fenomen som en ny mekanism, som de har kallat metallbyteskatalys.

Deras experiment avslöjade att tillsats av elementet indium drastiskt ökar tillväxttakten för galliumoxid under MBE. De avslöjade också att i närvaro av indium, galliumoxid bildas fortfarande under förhållanden där det aldrig skulle kunna bildas utan det tillsatta elementet. Dessutom, galliumoxid bildar en speciell kristallin struktur som är unikt lämplig för att utveckla så kallade heterostrukturer av galliumoxid- och indiumoxidskikt som är väsentliga i många komponenter.

Med tanke på MBE:s enkla reaktionskemi, forskarna är övertygade om att den observerade effekten i allmänhet är giltig och därmed tillämplig på alla material som har liknande egenskaper som för galliumoxid. Författare till studien Dr Patrick Vogt, som forskar på PDI, tillägger att "den metallbyteskatalys som upptäckts ger ett helt nytt tillvägagångssätt för odling av kristallina material, och mycket troligt öppnar en ny väg mot tidigare ofattbara halvledarkomponenter. "

Patrick Vogt är en juniorvetare och en fysiker genom utbildning. Han avslutade sin doktorsexamen vid PDI i ämnet fysisk kemi och halvledarfysik - inom ramen för Leibniz ScienceCampus GraFOx. GraFOx är ett tvärvetenskapligt nätverk för högsta nivå, innovativ materialforskning, specifikt för oxider.