En dispositivos microelectrónicos, la banda prohibida es un factor importante que determina la conductividad eléctrica de los materiales subyacentes. Las sustancias con grandes bandas prohibidas son generalmente aislantes que no conducen bien la electricidad, y aquellos con bandgaps más pequeños son semiconductores. Una clase más reciente de semiconductores con bandgaps ultraanchos (UWB) son capaces de operar a temperaturas y potencias mucho más altas que los chips convencionales basados ​​en silicio de bandgap pequeño hechos con materiales maduros de bandgap como carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN).

En el Revista de física aplicada , investigadores de la Universidad de Florida, El Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. y la Universidad de Corea brindan una perspectiva detallada de las propiedades, capacidades, limitaciones actuales y desarrollos futuros de uno de los compuestos UWB más prometedores, óxido de galio (Ga2O3).

El óxido de galio posee una banda prohibida extremadamente amplia de 4,8 electronvoltios (eV) que empequeñece los 1,1 eV del silicio y supera los 3,3 eV exhibidos por SiC y GaN. La diferencia le da a Ga2O3 la capacidad de soportar un campo eléctrico más grande que el silicio, SiC y GaN pueden sin romperse. Es más, Ga2O3 maneja la misma cantidad de voltaje en una distancia más corta. Esto lo hace invaluable para producir transistores de alta potencia más eficientes.

"El óxido de galio ofrece a los fabricantes de semiconductores un sustrato altamente aplicable para dispositivos microelectrónicos, "dijo Stephen Pearton, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Florida y autor del artículo. "El compuesto parece ideal para su uso en sistemas de distribución de energía que cargan automóviles eléctricos o convertidores que mueven electricidad a la red eléctrica desde fuentes de energía alternativas como turbinas eólicas".

Pearton y sus colegas también analizaron el potencial de Ga2O3 como base para transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico, más conocido como MOSFET. "Tradicionalmente, Estos diminutos interruptores electrónicos están hechos de silicona para su uso en computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y otros dispositivos electrónicos, ", Dijo Pearton." Para sistemas como estaciones de carga de automóviles eléctricos, necesitamos MOSFET que puedan operar a niveles de potencia más altos que los dispositivos basados ​​en silicio y ahí es donde el óxido de galio podría ser la solución ".

Para lograr estos MOSFET avanzados, los autores determinaron que se necesitan dieléctricos de puerta mejorados, junto con enfoques de gestión térmica que extraerán el calor de los dispositivos de forma más eficaz. Pearton concluyó que Ga2O3 no reemplazará a SiC y GaN como los siguientes materiales semiconductores primarios después del silicio, pero es más probable que desempeñe un papel en la ampliación del rango de potencias y voltajes accesibles a los sistemas de banda prohibida ultraancha.

"La aplicación más prometedora podría ser como rectificadores de alto voltaje en sistemas de distribución y acondicionamiento de energía, como automóviles eléctricos y sistemas solares fotovoltaicos, " él dijo.