La próxima generación de electrónica de potencia energéticamente eficiente, sistemas de comunicación de alta frecuencia e iluminación de estado sólido se basan en materiales conocidos como semiconductores de banda ancha ancha. Los circuitos basados en estos materiales pueden operar a densidades de energía mucho más altas y con pérdidas de energía más bajas queCircuitos basados en silicio. Estos materiales han permitido una revolución en la iluminación LED, lo que llevó al Premio Nobel de Física 2014.
en nuevos experimentos informados en Letras de física aplicada , de AIP Publishing, los investigadores han demostrado que un semiconductor de banda ancha llamado óxido de galio Ga 2 O 3 se puede diseñar en estructuras a escala nanométrica que permiten que los electrones se muevan mucho más rápido dentro de la estructura cristalina.Con electrones que se mueven con tanta facilidad, Ga 2 O 3 podría ser un material prometedor para aplicaciones tales como sistemas de comunicación de alta frecuencia y electrónica de potencia de bajo consumo.
"El óxido de galio tiene el potencial de habilitar transistores que superarían la tecnología actual", dijo Siddharth Rajan de la Universidad Estatal de Ohio, quien dirigió la investigación.
porque Ga 2 O 3 tiene una de las bandas prohibidas más grandes la energía necesaria para excitar un electrón de modo que sea conductor de los materiales de banda ancha que se están desarrollando como alternativas al silicio, es especialmente útil para dispositivos de alta potencia y alta frecuencia. También es único entresemiconductores de banda prohibida amplia, ya que se puede producir directamente a partir de su forma fundida, lo que permite la fabricación a gran escala de cristales de alta calidad.
Para su uso en dispositivos electrónicos, los electrones en el material deben poder moverse fácilmente bajo un campo eléctrico, una propiedad llamada alta movilidad de electrones. "Ese es un parámetro clave para cualquier dispositivo", dijo Rajan. Normalmente, para poblar un semiconductorcon electrones, el material se dopa con otros elementos. El problema, sin embargo, es que los dopantes también dispersan electrones, lo que limita la movilidad electrónica del material.
Para resolver este problema, los investigadores utilizaron una técnica conocida como dopaje por modulación. El enfoque fue desarrollado por primera vez en 1979 por Takashi Mimura para crear un transistor de movilidad de electrones de arseniuro de galio, que ganó el Premio de Kioto en 2017.una técnica comúnmente utilizada para lograr una alta movilidad, su aplicación a Ga 2 O 3 es algo nuevo
En su trabajo, los investigadores crearon la llamada heteroestructura de semiconductores, creando una interfaz atómicamente perfecta entre Ga 2 O 3 y su aleación con aluminio, óxido de aluminio y galio - dos semiconductores con la misma estructura cristalina pero diferentes brechas de energía. A unos pocos nanómetros de la interfaz, incrustada dentro del óxido de aluminio y galio, hay una hoja de impurezas donantes de electrones solo unapocos átomos de espesor. Los electrones donados se transfieren al Ga 2 O 3 , formando un gas de electrones 2-D. Pero debido a que los electrones ahora también están separados de los dopantes de ahí el término dopaje por modulación en el óxido de aluminio y galio en unos pocos nanómetros, se dispersan mucho menos y siguen siendo altamente móviles.
Con esta técnica, los investigadores alcanzaron movilidades récord. Los investigadores también pudieron observar las oscilaciones de Shubnikov-de Haas, un fenómeno cuántico en el que el aumento de la fuerza de un campo magnético externo hace que la resistencia del material oscile. Estas oscilaciones confirmanformación del gas de electrones 2-D de alta movilidad y permite a los investigadores medir las propiedades críticas del material.
Rajan explicó que tales estructuras dopadas con modulación podrían conducir a una nueva clase de estructuras cuánticas y electrónica que aproveche el potencial de Ga 2 O 3 .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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