Los ingenieros eléctricos de la Universidad de Illinois han superado otro obstáculo en la fabricación de semiconductores de alta potencia al agregar el material más caliente del campo, óxido de beta-galio, a su arsenal. El óxido de beta-galio está disponible y promete convertir la energía de manera más rápida y eficiente que los materiales semiconductores líderes en la actualidad:nitruro de galio y silicio, dijeron los investigadores.

Sus hallazgos se publican en la revista ACS Nano .

Los transistores planos se han vuelto tan pequeños como es físicamente posible, pero los investigadores abordaron este problema en vertical. Con una técnica llamada grabado químico asistido por metal, o MacEtch, U. de I. Los ingenieros utilizaron una solución química para grabar semiconductores en estructuras de aletas tridimensionales. Las aletas aumentan la superficie de un chip, permitiendo más transistores o corriente, y, por lo tanto, puede manejar más potencia manteniendo la huella del chip del mismo tamaño.

Desarrollado en la U. de I., El método MacEtch es superior a las técnicas tradicionales de grabado "seco" porque es mucho menos dañino para las delicadas superficies semiconductoras. como el óxido de beta-galio, dijeron los investigadores.

"El óxido de galio tiene una brecha de energía más amplia en la que los electrones pueden moverse libremente, "dijo el autor principal del estudio, Xiuling Li, profesor de ingeniería eléctrica e informática. "Esta brecha de energía debe ser grande para la electrónica con voltajes más altos e incluso los de bajo voltaje con frecuencias de conmutación rápidas, por eso estamos muy interesados ​​en este tipo de material para su uso en dispositivos modernos. Sin embargo, tiene una estructura cristalina más compleja que el silicio puro, lo que dificulta su control durante el proceso de grabado ".

La aplicación de MacEtch a los cristales de óxido de galio podría beneficiar a la industria de los semiconductores, Li dijo:pero el avance no está exento de obstáculos.

"Ahora, el proceso de grabado es muy lento, ", dijo." Debido a la lentitud y la compleja estructura cristalina del material, las aletas tridimensionales producidas no son perfectamente verticales, y las aletas verticales son ideales para un uso eficiente de la energía ".

En el nuevo estudio, el sustrato de óxido de beta-galio producido triangular, aletas trapezoidales y cónicas, dependiendo de la orientación de la disposición del catalizador metálico con respecto a los cristales. Aunque estas formas no son ideales, los investigadores se sorprendieron al descubrir que todavía hacen un mejor trabajo conduciendo corriente que el piso, Superficies de óxido de beta-galio sin grabar.

"No estamos seguros de por qué es así, pero estamos empezando a obtener algunas pistas realizando caracterizaciones a nivel atómico del material, "Dijo Li." La conclusión es que hemos demostrado que es posible utilizar el proceso MacEtch para fabricar óxido de galio beta, una alternativa potencialmente económica al nitruro de galio, con buena calidad de interfaz ".

Li dijo que será necesario realizar más investigaciones para abordar la lenta tasa de grabado, Permitir dispositivos de óxido de beta-galio de alto rendimiento, e intente solucionar el problema de la baja conductividad térmica.

"El aumento de la tasa de grabado debería mejorar la capacidad del proceso para formar más aletas verticales, ", dijo." Esto se debe a que el proceso ocurrirá tan rápido que no tendrá tiempo de reaccionar a todas las diferencias en las orientaciones de los cristales ".

El problema de la baja conductividad térmica es un problema más profundo, ella dijo. "La electrónica de alta potencia produce mucho calor, y los investigadores de dispositivos buscan activamente soluciones de ingeniería térmica. Si bien este es un aspecto muy abierto en el campo de los semiconductores en este momento, Estructuras tridimensionales como las que hemos demostrado podrían ayudar a guiar mejor el calor en algunos tipos de dispositivos ".