Los investigadores de KAUST determinan las características electrónicas de una interfaz entre dos semiconductores de banda prohibida amplia:una idea que ayudará a mejorar la eficiencia de los dispositivos electrónicos emisores de luz y de alta potencia.

Semiconductores, como silicio y nitruro de galio, tienen propiedades eléctricas en algún lugar entre las de un conductor y un aislante. Solo permiten que la corriente fluya cuando los electrones tienen suficiente energía para superar una barrera conocida como banda prohibida. La banda prohibida, que puede ser directa o indirecta, estrecho o grande:determina las propiedades de los semiconductores y sus aplicaciones consiguientes.

Materiales con una gran banda prohibida, por ejemplo, son útiles en la electrónica de alta potencia porque tienen un voltaje de ruptura mayor para transistores energéticamente eficientes en comparación con los materiales con banda prohibida estrecha, como el silicio. También pueden producir luz profundamente en la parte ultravioleta del espectro, haciéndolos útiles para la desinfección y purificación de agua.

Estos materiales se pueden adaptar aún más a una aplicación específica colocando diferentes semiconductores uno encima del otro para crear la denominada heteroestructura con las propiedades deseadas. Pero es vital comprender cómo se alinean las bandas prohibidas de dos semiconductores cuando los semiconductores se unen de esta manera.

Haiding Sun y el investigador principal Xiaohang Li de KAUST y compañeros de trabajo del Instituto de Tecnología de Georgia, informan que midieron experimentalmente la alineación de dos materiales de banda prohibida grandes emergentes:nitruro de boro y aluminio y nitruro de aluminio y galio.

El Premio Nobel de Física de 2014 se otorgó en reconocimiento al desarrollo de diodos emisores de luz de nitruro de galio. Pero, en comparación con el nitruro de galio, el nitruro de aluminio tiene una banda prohibida mucho mayor de 6,1 electronvoltios. Sus propiedades electrónicas se pueden ajustar reemplazando algunos de los átomos de aluminio en el cristal con boro o galio.

El equipo creó una interfaz entre el nitruro de boro y aluminio con una proporción de átomos de boro a aluminio de 14:86 y el nitruro de galio y aluminio con una proporción de nitruro de galio de 30:70 en un sustrato de zafiro cubierto de nitruro de aluminio.

Utilizaron espectroscopia de fotoemisión de rayos X de alta resolución para medir el desplazamiento entre la parte superior e inferior de las bandas prohibidas de los dos materiales. Muestran que las bandas prohibidas tienen una alineación escalonada, con el borde superior e inferior de la banda prohibida del Al0.7Ga0.3N más bajo que el borde respectivo en B0.14Al0.86N.

"Según los resultados experimentales, podemos lograr una cantidad mucho mayor de concentración de portador de hoja de gas de electrones bidimensionales en dicha unión, ", dice Sun." La determinación de la alineación de banda de la heterounión B0.14Al0.86N / Al0.7Ga0.3N proporciona un valioso apoyo en el diseño de dispositivos ópticos y electrónicos basados ​​en tales uniones ".