Trabajando con un traje limpio en el laboratorio, El Dr. Sun sostiene una plantilla de óxido de galio. Crédito:KAUST
Un método simple que usa cloruro de hidrógeno puede controlar mejor la estructura cristalina de un semiconductor común y se muestra prometedor para nuevas aplicaciones electrónicas de alta potencia.
Los componentes electrónicos utilizados en computadoras y dispositivos móviles operan a una potencia relativamente menor. Pero las aplicaciones de alta potencia, como el control de las redes eléctricas, requieren materiales alternativos que puedan soportar voltajes mucho más altos. Por ejemplo, un material aislante comienza a conducir electricidad cuando el campo es lo suficientemente alto, un efecto conocido como avería eléctrica. Por esta razón, La electrónica de potencia suele utilizar semiconductores a base de nitruro, como el nitruro de galio, que tienen un campo de ruptura muy alto y pueden crecer epitaxialmente para crear semiconductores multicapa.
Sin embargo, La demanda de energía cada vez mayor y el deseo de hacer que la distribución de electricidad sea más eficiente requiere materiales aún más robustos eléctricamente. Óxido de galio (Ga 2 O 3 ) tiene un campo de ruptura teórico más del doble que el de las aleaciones de nitruro de galio y, por lo tanto, se ha convertido en un candidato interesante para esta función. Sin embargo, el último desafío es una forma sencilla de depositar óxido de galio de alta calidad en los sustratos que se utilizan comúnmente para la electrónica de potencia. como el zafiro.
Haiding Sun Xiaohang Li, y compañeros de trabajo de KAUST trabajaron con socios de la industria Structured Materials Industries, Inc. en los EE. UU. Para demostrar un método relativamente simple para controlar la estructura cristalina de los óxidos de galio en un sustrato de zafiro utilizando una tecnología conocida como deposición de vapor químico metalorgánico (MOCVD). "Pudimos controlar el crecimiento cambiando solo un parámetro:la tasa de flujo de cloruro de hidrógeno en la cámara, ", explica Sun." Esta es la primera vez que se ha utilizado cloruro de hidrógeno durante el crecimiento de óxido en un reactor MOCVD ".
Se pueden cultivar diferentes polimorfos de óxido de galio en una cámara MOCVD controlando el flujo de cloruro de hidrógeno. Crédito:Sociedad Química Estadounidense
Los átomos en el óxido de galio se pueden organizar en varias formas diferentes conocidas como polimorfos. β ‑ Ga 2 O 3 es el polimorfo más estable, pero es difícil de cultivar en sustratos de otros materiales. ε-Ga 2 O 3 se ha cultivado en zafiro, pero su tasa de crecimiento ha sido difícil de controlar.
Dirigido por Li, Sun y el equipo demuestran que pueden lograr un control preciso de la tasa de crecimiento agregando gas cloruro de hidrógeno al trietilgalio y oxígeno en su cámara MOCVD. Cuando agregaron el cloruro de hidrógeno a un caudal bajo, β ‑ Ga 2 O 3 formado sobre el sustrato de zafiro. Pero a medida que aumentaron el caudal, fueron capaces de crear ε-Ga 2 O 3 e incluso α-Ga 2 O 3 .
"Ahora estamos usando modelos cinéticos para revelar todo el mecanismo del proceso de cristalización cuando se usa cloruro de hidrógeno, "dice Sun, "mientras trabajaba también en la fabricación de transistores utilizando las tres fases de las películas de óxido de galio".
KAUST ha comenzado una estrecha colaboración con Semiconductor Manufacturing International Corporation, una fundición de circuitos integrados que proporciona servicios de tecnología de semiconductores, para cumplir su misión de buscar semiconductores de óxido de galio para aplicaciones prácticas de electrónica de potencia.
