Het Ferdinand-Braun-Institut (FBH) heeft een doorbraak bereikt met transistors op basis van galliumoxide (ß-Ga ₂ O ₃ ). De nieuw ontwikkelde ß-Ga ₂ O ₃ -MOSFET's (metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistor) zorgen voor een hoge doorslagspanning in combinatie met een hoge stroomgeleiding.

Krachtige elektronische componenten zijn onmisbaar voor toekomstige communicatie, voor de digitale transformatie van de samenleving en voor toepassingen van kunstmatige intelligentie. Op een zo klein mogelijke footprint, ze moeten een laag energieverbruik bieden en steeds hogere vermogensdichtheden bereiken, dus efficiënter werken. Dit is waar conventionele apparaten hun grenzen bereiken. Wetenschappers over de hele wereld onderzoeken daarom nieuwe materialen en componenten die aan deze eisen kunnen voldoen. Het Ferdinand-Braun-Institut (FBH) heeft nu een doorbraak bereikt met transistors op basis van galliumoxide (ß-Ga ₂ O ₃ ).

De nieuw ontwikkelde ß-Ga ₂ O ₃ -MOSFET's (metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistor) zorgen voor een hoge doorslagspanning in combinatie met een hoge stroomgeleiding. Met een doorslagspanning van 1,8 kilovolt en een recordvermogen van 155 megawatt per vierkante centimeter, ze bereiken unieke prestatiecijfers die dicht bij de theoretische materiaallimiet van galliumoxide liggen. Tegelijkertijd, de bereikte doorslagveldsterkten zijn aanzienlijk hoger dan die van gevestigde halfgeleiders met een brede bandgap zoals siliciumcarbide of galliumnitride.

Geoptimaliseerde laagstructuur en poorttopologie

Om deze verbeteringen te realiseren, het FBH-team pakte de laagstructuur en poorttopologie aan. De basis werd gevormd door substraten van het Leibniz-Institut für Kristallzüchtung met een geoptimaliseerde epitaxiale laagstructuur. Als resultaat, de defectdichtheid kon worden verminderd en de elektrische eigenschappen verbeterd. Dit leidt tot lagere on-state weerstanden. De gate is het centrale 'schakelpunt' van veldeffecttransistoren, gecontroleerd door de gate-source spanning. De topologie is verder geoptimaliseerd, waardoor hoge veldsterkten aan de poortrand kunnen worden verminderd. Dit leidt op zijn beurt tot hogere doorslagspanningen. De gedetailleerde resultaten werden online gepubliceerd op 26 augustus, 2019 in de IEEE Electron Device Letters septembernummer.