Kisel har länge varit materialet i mikroelektronik och halvledarteknik. Men kisel står fortfarande inför begränsningar, särskilt med skalbarhet för kraftapplikationer. Att driva halvledartekniken till sin fulla potential kräver mindre konstruktioner med högre energitäthet.

"En av de största bristerna i mikroelektronikens värld är alltid god användning av kraft:Designers vill alltid minska överskottsförbrukning och onödig värmeproduktion, "sa Gregg Jessen, huvudelektronikingenjör vid Air Force Research Laboratory. "Vanligtvis, du skulle göra detta genom att skala enheterna. Men den teknik som används idag är redan skalad nära sina gränser för den driftspänning som önskas i många applikationer. De begränsas av sin kritiska elektriska fältstyrka. "

Genomskinliga ledande oxider är ett viktigt framväxande material inom halvledarteknik, erbjuder den osannolika kombinationen av konduktivitet och transparens över det visuella spektrumet. En ledande oxid har i synnerhet unika egenskaper som gör att den kan fungera bra vid effektomkoppling:Ga2O3, eller galliumoxid, ett material med en otroligt stor bandgap.

I deras artikel publicerad denna vecka i Tillämpad fysikbokstäver , författarna Masataka Higashiwaki och Jessen skisserar ett fall för att producera mikroelektronik med hjälp av galliumoxid. Författarna fokuserar på fälteffekttransistorer (FET), enheter som skulle ha stor nytta av galliumoxidens stora kritiska elektriska fältstyrka. en kvalitet som Jessen sa skulle möjliggöra design av FET med mindre geometrier och aggressiva dopningsprofiler som skulle förstöra allt annat FET -material.

Materialets flexibilitet för olika tillämpningar beror på dess stora utbud av möjliga konduktiviteter-från mycket ledande till mycket isolerande-och kapacitet med hög nedbrytningsspänning på grund av dess elektriska fältstyrka. Följaktligen, galliumoxid kan skalas i extrem grad. Galliumoxidplattor med stora ytor kan också odlas från smältan, sänka tillverkningskostnaderna.

"Nästa ansökan om galliumoxid kommer att vara unipolära FET för strömförsörjning, "Sa Jessen." Kritisk fältstyrka är det viktiga måttet här, och det resulterar i överlägsen energitäthet. Den kritiska fältstyrkan för galliumoxid är mer än 20 gånger den för kisel och mer än dubbelt så stor som kiselkarbid och galliumnitrid. "

Författarna diskuterar tillverkningsmetoder för Ga2O3 -skivor, förmågan att kontrollera elektrontätheten, och utmaningarna med håltransport. Deras forskning tyder på att unipolära Ga2O3 -enheter kommer att dominera. Deras papper beskriver också Ga2O3-applikationer i olika typer av FET och hur materialet kan vara till nytta vid högspänning, applikationer med hög effekt och strömbrytare.

"Ur ett forskningsperspektiv, galliumoxid är riktigt spännande, "Jessen sa." Vi har precis börjat förstå den fulla potentialen hos dessa enheter för flera applikationer, och det är en bra tid att vara engagerad i fältet. "