Halfgeleidende oxiden zijn een nieuwe klasse materialen die momenteel veel aandacht genieten op het gebied van halfgeleidertechnologie. Galliumoxide is het archetypische voorbeeld vanwege zijn vermogen om extreem hoge spanningen aan te kunnen en zijn optische transparantie in het diepe ultraviolette gebied, en belooft daarmee een generatie elektronische componenten met ongekende prestaties. Dergelijke componenten zijn gebaseerd op zeer dunne, ultrazuivere halfgeleiderlagen geproduceerd door speciale depositiemethoden. Natuurkundigen van het Paul Drude Institute for Solid State Electronics (PDI) hebben nu de opbrengst aan galliumoxide drastisch verhoogd met een katalytisch effect dat voor het eerst werd waargenomen tijdens kristalgroei. Dit effect is niet alleen een nieuwe ontdekking; het kan ook worden overgedragen naar andere materialen met vergelijkbare eigenschappen als die van galliumoxide. De resultaten verschijnen in Fysieke beoordelingsbrieven .

Fysische dampafzetting (PVD) is een van de belangrijkste technologieën bij de productie van dunne, zeer zuivere halfgeleiderlagen. Een specifieke vorm van PVD is moleculaire bundelepitaxie (MBE), die de natuurkundigen bij hun onderzoek gebruikten. De reactiechemie tijdens MBE is veel eenvoudiger dan in andere, complexere productietechnologieën voor halfgeleiders. De PDI-onderzoekers hadden dan ook geen katalytisch effect verwacht tijdens het MBE-proces. Ze hebben dit fenomeen uitgeroepen tot een nieuw mechanisme, die ze metaaluitwisselingskatalyse hebben genoemd.

Hun experimenten onthulden dat het toevoegen van het element indium de groeisnelheid van galliumoxide tijdens MBE drastisch verhoogt. Ze onthulden ook dat, in aanwezigheid van indium, galliumoxide vormt zich nog steeds onder omstandigheden waarin het zich zonder het toegevoegde element nooit zou kunnen vormen. Bovendien, galliumoxide vormt een speciale kristallijne structuur die bij uitstek geschikt is voor het ontwikkelen van zogenaamde heterostructuren van galliumoxide en indiumoxidelagen die essentieel zijn in veel componenten.

Gezien de eenvoudige reactiechemie van MBE, de onderzoekers zijn ervan overtuigd dat het waargenomen effect algemeen geldig is en dus van toepassing is op alle materialen met vergelijkbare eigenschappen als die van galliumoxide. Eerste auteur van de studie Dr. Patrick Vogt, die onderzoek doet bij PDI, voegt eraan toe dat "de ontdekte metaaluitwisselingskatalyse een geheel nieuwe benadering biedt voor het kweken van kristallijne materialen, en opent zeer waarschijnlijk een nieuwe weg naar voorheen onvoorstelbare halfgeleidercomponenten."

Patrick Vogt is een junior wetenschapper en een natuurkundige van opleiding. Hij promoveerde bij PDI op het onderwerp fysische chemie en halfgeleiderfysica – in het kader van de Leibniz ScienceCampus GraFOx. GraFOx is een interdisciplinair samenwerkingsnetwerk voor topniveau, innovatief materiaalonderzoek, specifiek gewijd aan oxiden.