p Os engenheiros elétricos da Universidade de Illinois superaram outro obstáculo na fabricação de semicondutores de alta potência adicionando o material mais quente do campo - óxido de beta-gálio - ao seu arsenal. O óxido de beta-gálio está prontamente disponível e promete converter energia de forma mais rápida e eficiente do que os principais materiais semicondutores de hoje - nitreto de gálio e silício, disseram os pesquisadores. p Suas descobertas são publicadas no jornal ACS Nano .

p Os transistores planos se tornaram tão pequenos quanto é fisicamente possível, mas os pesquisadores resolveram esse problema indo na vertical. Com uma técnica chamada corrosão química assistida por metal - ou MacEtch-U. de I. engenheiros usaram uma solução química para gravar semicondutores em estruturas de aletas 3-D. As aletas aumentam a área de superfície em um chip, permitindo mais transistores ou corrente, e pode, portanto, lidar com mais energia, mantendo a pegada do chip do mesmo tamanho.

p Desenvolvido na U. de I., o método MacEtch é superior às técnicas tradicionais de corrosão "seca" porque é muito menos prejudicial a superfícies delicadas de semicondutores, como óxido de beta-gálio, pesquisadores disseram.

p "O óxido de gálio tem uma lacuna de energia mais ampla em que os elétrons podem se mover livremente, "disse o principal autor do estudo, Xiuling Li, professor de engenharia elétrica e da computação. "Esta lacuna de energia precisa ser grande para eletrônicos com tensões mais altas e até mesmo aqueles de baixa tensão com frequências de comutação rápida, portanto, estamos muito interessados ​​neste tipo de material para uso em dispositivos modernos. Contudo, tem uma estrutura de cristal mais complexa do que o silício puro, dificultando o controle durante o processo de corrosão. "

p A aplicação de MacEtch aos cristais de óxido de gálio pode beneficiar a indústria de semicondutores, Li disse, mas o avanço não é isento de obstáculos.

p "Agora mesmo, o processo de gravação é muito lento, "disse ela." Por causa da taxa lenta e da complexa estrutura de cristal do material, as aletas 3-D produzidas não são perfeitamente verticais, e as aletas verticais são ideais para o uso eficiente da energia. "

p No novo estudo, o substrato de óxido de beta-gálio produzido triangular, barbatanas trapezoidais e cônicas, dependendo da orientação do layout do catalisador de metal em relação aos cristais. Embora essas formas não sejam ideais, os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que eles ainda fazem um trabalho melhor conduzindo a corrente do que o plano, superfícies de óxido de beta-gálio não estiradas.

p "Não temos certeza de por que esse é o caso, mas estamos começando a obter algumas pistas realizando caracterizações de nível atômico do material, "Li disse." O resultado final é que mostramos que é possível usar o processo MacEtch para fabricar óxido de gálio beta, uma alternativa potencialmente de baixo custo ao nitreto de gálio, com boa qualidade de interface. "

p Li disse que mais pesquisas precisarão abordar a taxa de gravação lenta, habilitar dispositivos de óxido de beta-gálio de alto desempenho, e tente contornar o problema de baixa condutividade térmica.

p "Aumentar a taxa de corrosão deve melhorar a capacidade do processo de formar aletas mais verticais, "disse ela." Isso ocorre porque o processo acontecerá tão rapidamente que não haverá tempo para reagir a todas as diferenças nas orientações dos cristais. "

p O problema de baixa condutividade térmica é um problema mais profundo, ela disse. "Eletrônicos de alta potência produzem muito calor, e os pesquisadores de dispositivos estão buscando ativamente soluções de engenharia térmica. Embora este seja um aspecto totalmente aberto no campo de semicondutores agora, Estruturas 3-D como as que demonstramos podem ajudar a orientar melhor o aquecimento em alguns tipos de dispositivos. "