O silício há muito é o material preferido no mundo da microeletrônica e da tecnologia de semicondutores. Mas o silício ainda enfrenta limitações, particularmente com escalabilidade para aplicações de energia. Empurrar a tecnologia de semicondutores para todo o seu potencial requer projetos menores com densidade de energia mais alta.

"Uma das maiores deficiências da microeletrônica no mundo é sempre o bom uso da energia:os projetistas estão sempre procurando reduzir o consumo excessivo de energia e a geração desnecessária de calor, "disse Gregg Jessen, principal engenheiro eletrônico do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea. "Usualmente, você faria isso dimensionando os dispositivos. Mas as tecnologias em uso hoje já estão dimensionadas perto de seus limites para a tensão operacional desejada em muitas aplicações. Eles são limitados por sua força crítica de campo elétrico. "

Óxidos condutores transparentes são um material emergente chave na tecnologia de semicondutores, oferecendo a combinação improvável de condutividade e transparência no espectro visual. Um óxido condutor em particular tem propriedades únicas que permitem que funcione bem na comutação de energia:Ga2O3, ou óxido de gálio, um material com um bandgap incrivelmente grande.

Em seu artigo publicado esta semana em Cartas de Física Aplicada , os autores Masataka Higashiwaki e Jessen esboçam um caso para a produção de microeletrônica usando óxido de gálio. Os autores se concentram em transistores de efeito de campo (FETs), dispositivos que poderiam se beneficiar muito da grande força crítica do campo elétrico do óxido de gálio. uma qualidade que Jessen disse que poderia permitir o projeto de FETs com geometrias menores e perfis de dopagem agressivos que destruiriam qualquer outro material FET.

A flexibilidade do material para várias aplicações se deve à sua ampla gama de condutividades possíveis - de altamente condutiva a muito isolante - e às capacidades de alta tensão de ruptura devido à intensidade do campo elétrico. Consequentemente, o óxido de gálio pode ser dimensionado em um grau extremo. Bolachas de óxido de gálio de grande área também podem ser cultivadas a partir do derretimento, reduzindo os custos de fabricação.

"A próxima aplicação para óxido de gálio será FETs unipolares para fontes de alimentação, "Jessen disse." A força do campo crítico é a métrica-chave aqui, e resulta em capacidades superiores de densidade de energia. A força de campo crítica do óxido de gálio é mais de 20 vezes maior do que a do silício e mais do que o dobro da do carboneto de silício e do nitreto de gálio. "

Os autores discutem métodos de fabricação para wafers de Ga2O3, a capacidade de controlar a densidade de elétrons, e os desafios com transporte de buraco. Sua pesquisa sugere que dispositivos unipolares de Ga2O3 irão dominar. O artigo também detalha as aplicações do Ga2O3 em diferentes tipos de FETs e como o material pode ser útil em alta tensão, aplicações de alta potência e comutação de potência.

"De uma perspectiva de pesquisa, óxido de gálio é realmente emocionante, "Disse Jessen." Estamos apenas começando a entender o potencial total desses dispositivos para várias aplicações, e é um ótimo momento para se envolver no campo. "