El silicio ha sido durante mucho tiempo el material de referencia en el mundo de la microelectrónica y la tecnología de semiconductores. Pero el silicio aún enfrenta limitaciones, particularmente con escalabilidad para aplicaciones de energía. Llevar la tecnología de semiconductores a su máximo potencial requiere diseños más pequeños con mayor densidad de energía.

"Una de las mayores deficiencias en el mundo de la microelectrónica es siempre el buen uso de la energía:los diseñadores siempre buscan reducir el consumo excesivo de energía y la generación de calor innecesaria. "dijo Gregg Jessen, ingeniero electrónico principal en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea. "Generalmente, lo haría escalando los dispositivos. Pero las tecnologías que se utilizan hoy en día ya se escalan cerca de sus límites para el voltaje de funcionamiento deseado en muchas aplicaciones. Están limitados por la intensidad crítica de su campo eléctrico ".

Los óxidos conductores transparentes son un material emergente clave en la tecnología de semiconductores, ofreciendo la improbable combinación de conductividad y transparencia en el espectro visual. Un óxido conductor en particular tiene propiedades únicas que le permiten funcionar bien en la conmutación de energía:Ga2O3, u óxido de galio, un material con una banda prohibida increíblemente grande.

En su artículo publicado esta semana en Letras de física aplicada , los autores Masataka Higashiwaki y Jessen describen un caso para producir microelectrónica utilizando óxido de galio. Los autores se centran en los transistores de efecto de campo (FET), dispositivos que podrían beneficiarse enormemente de la gran intensidad del campo eléctrico crítico del óxido de galio. una cualidad que, según Jessen, podría permitir el diseño de FET con geometrías más pequeñas y perfiles de dopaje agresivos que destruirían cualquier otro material FET.

La flexibilidad del material para diversas aplicaciones se debe a su amplia gama de conductividades posibles, desde muy conductivas a muy aislantes, y capacidades de alto voltaje de ruptura debido a su intensidad de campo eléctrico. Como consecuencia, El óxido de galio se puede escalar hasta un grado extremo. También se pueden cultivar obleas de óxido de galio de gran superficie a partir de la masa fundida, reducir los costos de fabricación.

"La próxima aplicación para el óxido de galio serán los FET unipolares para fuentes de alimentación, "Dijo Jessen." La fuerza de campo crítico es la métrica clave aquí, y da como resultado capacidades superiores de densidad de energía. La intensidad de campo crítica del óxido de galio es más de 20 veces mayor que la del silicio y más del doble que la del carburo de silicio y el nitruro de galio ".

Los autores discuten los métodos de fabricación de obleas de Ga2O3, la capacidad de controlar la densidad de electrones, y los desafíos con el transporte de pozos. Su investigación sugiere que dominarán los dispositivos unipolares Ga2O3. Su artículo también detalla las aplicaciones de Ga2O3 en diferentes tipos de FET y cómo el material puede ser útil en alta tensión, aplicaciones de alta potencia y conmutación de potencia.

"Desde una perspectiva de investigación, el óxido de galio es realmente emocionante, ", Dijo Jessen." Estamos empezando a comprender todo el potencial de estos dispositivos para varias aplicaciones, y es un gran momento para participar en el campo ".