Em dispositivos microeletrônicos, o bandgap é um fator importante que determina a condutividade elétrica dos materiais subjacentes. As substâncias com grandes bandgaps são geralmente isolantes que não conduzem bem a eletricidade, e aqueles com bandgaps menores são semicondutores. Uma classe mais recente de semicondutores com bandgaps ultralargos (UWB) são capazes de operar em temperaturas e potências muito mais altas do que os chips convencionais à base de silício de pequeno bandgap feitos com materiais de bandgap maduros como carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN).

No Journal of Applied Physics , pesquisadores da Universidade da Flórida, o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA e a Universidade da Coreia fornecem uma perspectiva detalhada sobre as propriedades, capacidades, limitações atuais e desenvolvimentos futuros para um dos compostos UWB mais promissores, óxido de gálio (Ga2O3).

O óxido de gálio possui um bandgap extremamente amplo de 4,8 elétron-volts (eV) que supera os 1,1 eV do silício e excede os 3,3 eV exibidos por SiC e GaN. A diferença dá ao Ga2O3 a capacidade de resistir a um campo elétrico maior do que o silício, SiC e GaN podem sem quebrar. Além disso, Ga2O3 lida com a mesma quantidade de voltagem em uma distância mais curta. Isso o torna inestimável para produzir menores, transistores de alta potência mais eficientes.

"O óxido de gálio oferece aos fabricantes de semicondutores um substrato altamente aplicável para dispositivos microeletrônicos, "disse Stephen Pearton, professor de ciência de materiais e engenharia da Universidade da Flórida e autor do artigo. "O composto parece ideal para uso em sistemas de distribuição de energia que carregam carros elétricos ou conversores que movem eletricidade para a rede elétrica a partir de fontes alternativas de energia, como turbinas eólicas."

Pearton e seus colegas também analisaram o potencial do Ga2O3 como base para transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico, mais conhecido como MOSFETs. "Tradicionalmente, esses minúsculos interruptores eletrônicos são feitos de silício para uso em laptops, telefones inteligentes e outros eletrônicos, "Pearton disse." Para sistemas como estações de carregamento de carros elétricos, precisamos de MOSFETs que possam operar em níveis de potência mais elevados do que os dispositivos baseados em silício e é aí que o óxido de gálio pode ser a solução. "

Para alcançar esses MOSFETs avançados, os autores determinaram que dielétricos de porta aprimorados são necessários, junto com abordagens de gerenciamento térmico que extrairão mais efetivamente o calor dos dispositivos. Pearton concluiu que Ga2O3 não substituirá SiC e GaN como os próximos materiais semicondutores primários após o silício, mas é mais provável que desempenhe um papel na extensão da gama de potências e tensões acessíveis aos sistemas de bandgap ultra-amplo.

"A aplicação mais promissora pode ser como retificadores de alta tensão em sistemas de condicionamento e distribuição de energia, como carros elétricos e sistemas solares fotovoltaicos, " ele disse.