Een eenvoudige methode die waterstofchloride gebruikt, kan de kristalstructuur van een gewone halfgeleider beter beheersen en is veelbelovend voor nieuwe krachtige elektronische toepassingen.

De elektronische componenten die in computers en mobiele apparaten worden gebruikt, werken met een relatief lager vermogen. Maar krachtige toepassingen, zoals het aansturen van elektriciteitsnetten, hebben alternatieve materialen nodig die veel hogere spanningen aankunnen. Bijvoorbeeld, een isolatiemateriaal begint elektriciteit te geleiden wanneer het veld hoog genoeg is, een effect dat bekend staat als elektrische storing. Om deze reden, vermogenselektronica maakt vaak gebruik van op nitride gebaseerde halfgeleiders, zoals galliumnitride, die een zeer hoog doorslagveld hebben en epitaxiaal kunnen worden gekweekt om meerlagige halfgeleiders te creëren.

Echter, de steeds toenemende vraag naar energie en de wens om de elektriciteitsdistributie efficiënter te maken, vereist nog meer elektrisch robuuste materialen. Galliumoxide (Ga ₂ O ₃ ) heeft een theoretisch doorslagveld dat meer dan twee keer zo groot is als dat van galliumnitridelegeringen en is dus een interessante kandidaat voor deze functie gebleken. De nieuwste uitdaging is echter een eenvoudige manier om galliumoxide van hoge kwaliteit af te zetten op de substraten die gewoonlijk worden gebruikt voor vermogenselektronica, zoals saffier.

Haiding zon, Xiaohang Li, en medewerkers van KAUST werkten samen met industriële partners Structured Materials Industries, Inc. in de VS om een ​​relatief eenvoudige methode te demonstreren om de kristalstructuur van galliumoxiden op een saffiersubstraat te regelen met behulp van een technologie die bekend staat als metaalorganische chemische dampafzetting (MOCVD). "We waren in staat om de groei te beheersen door slechts één parameter te veranderen:de stroomsnelheid van waterstofchloride in de kamer, " legt Sun uit. "Dit is de eerste keer dat waterstofchloride is gebruikt tijdens oxidegroei in een MOCVD-reactor."

De atomen in galliumoxide kunnen worden gerangschikt in een aantal verschillende vormen die bekend staan ​​​​als polymorfen. β‑Ga ₂ O ₃ is de meest stabiele polymorf maar is moeilijk te kweken op substraten van andere materialen. ε‑Ga ₂ O ₃ is gekweekt op saffier, maar de groeisnelheid was moeilijk te controleren.

Onder leiding van Li, Sun en het team laten zien dat ze de groeisnelheid nauwkeurig kunnen regelen door waterstofchloridegas toe te voegen aan triethylgallium en zuurstof in hun MOCVD-kamer. Toen ze het waterstofchloride met een lage stroomsnelheid toevoegden, β‑Ga ₂ O ₃ gevormd op het saffiersubstraat. Maar toen ze de stroomsnelheid verhoogden, ze waren in staat om ε‑Ga . te creëren ₂ O ₃ en zelfs α‑Ga ₂ O ₃ .

"We gebruiken nu kinetische modellen om het hele mechanisme van het kristallisatieproces te onthullen wanneer waterstofchloride wordt gebruikt, " zegt zon, "terwijl we ook werken aan het fabriceren van transistors met behulp van de drie fasen van galliumoxidefilms."

KAUST is een nauwe samenwerking aangegaan met Semiconductor Manufacturing International Corporation, een gieterij met geïntegreerde schakelingen die diensten op het gebied van halfgeleidertechnologie levert, om zijn missie te vervullen om galliumoxide-halfgeleiders na te streven voor praktische vermogenselektronische toepassingen.