Nitruro de galio, un semiconductor que revolucionó la iluminación LED de bajo consumo, también podría transformar la electrónica y la comunicación inalámbrica, gracias a un descubrimiento realizado por investigadores de Cornell.

Su papel "Un gas de pozo 2-D inducido por polarización en pozos cuánticos de nitruro de galio sin dopar, "fue publicado el 26 de septiembre en Ciencias .

El silicio ha sido durante mucho tiempo el rey de los semiconductores, pero ha tenido un poco de ayuda. El material puro a menudo se aumenta, o "dopado, "con impurezas como fósforo o boro para mejorar el flujo de corriente proporcionando cargas negativas (electrones) o cargas positivas (" huecos, "la ausencia de electrones) según sea necesario.

En años recientes, uno más nuevo, Ha surgido una familia más resistente de materiales semiconductores compuestos cultivados en laboratorio:nitruros del grupo III. El nitruro de galio (GaN) y el nitruro de aluminio (AlN) y sus aleaciones tienen una banda prohibida más amplia, permitiéndoles soportar mayores voltajes y frecuencias más altas para una mayor rapidez, Transmisión de energía más eficiente.

"El silicio es muy bueno para apagar y encender y controlar el flujo de energía eléctrica, pero cuando lo llevas a altos voltajes no funciona muy bien porque el silicio tiene una fuerza eléctrica débil, mientras que GaN puede soportar campos eléctricos mucho más altos, "dijo el coautor principal Debdeep Jena, profesor de ingeniería eléctrica e informática y de ciencia e ingeniería de materiales "Si está haciendo grandes cantidades de conversión de energía, luego, los semiconductores de banda ancha como GaN y carburo de silicio son las soluciones ".

En lugar de usar impurezas, Doctor. estudiante Reet Chaudhuri, el autor principal del artículo, apiló una fina capa de cristal de GaN, llamada pozo cuántico, sobre un cristal de AlN, y se encontró que la diferencia en sus estructuras cristalinas genera una alta densidad de agujeros móviles. En comparación con el dopaje con magnesio, Los investigadores descubrieron que el gas del agujero 2-D resultante hace que las estructuras de GaN sean casi 10 veces más conductoras.

Usando la nueva estructura de material creada por Chaudhuri, coautor y Ph.D. El estudiante Samuel James Bader demostró recientemente algunos de los transistores GaN de tipo p más eficientes en un proyecto de colaboración con Intel. Ahora que el equipo tiene la capacidad de fabricar transistores de canal hueco, que se denominan tipo p, planean emparejarlos con transistores de tipo n para formar circuitos más complejos. abriendo nuevas posibilidades en la conmutación de alta potencia, Tecnología celular 5G y electrónica energéticamente eficiente, incluidos cargadores de teléfonos y portátiles.

"Es muy difícil lograr simultáneamente el tipo ny el tipo p en un semiconductor con banda prohibida amplia. En este momento, El carburo de silicio es el único que tiene ambos además de GaN. Pero los electrones móviles en el carburo de silicio son más lentos que los de GaN, "dijo la coautora principal Huili Grace Xing, profesor de ingeniería eléctrica e informática y de ciencia e ingeniería de materiales. "El uso de estas operaciones complementarias habilitadas por dispositivos de tipo ny tipo p, se puede construir una arquitectura mucho más eficiente desde el punto de vista energético ".

Otra ventaja del gas de pozo 2-D es que su conductividad mejora a medida que se baja la temperatura, lo que significa que los investigadores ahora podrán estudiar las propiedades fundamentales de GaN de formas que antes no habían sido posibles. Igualmente importante es su capacidad para retener energía que de otro modo se perdería en sistemas de energía menos eficientes.

Se ha presentado una solicitud de patente a través del Centro de Licencias de Tecnología para el descubrimiento.