Японские ученые из Нагойского университета совершили прорыв в области создания полупроводников, используя оксид галия (Ga2O3). Этот материал рассматривается как перспективная альтернатива кремнию для энергоэффективной электроники.
Об этом сообщает ProIT
Новый подход к производству полупроводников
Оксид галия имеет потенциал значительно повысить энергоэффективность электронных устройств по сравнению с традиционными кремниевыми компонентами. Для эффективной работы диодов необходимо сочетание двух типов полупроводниковых слоев: с отрицательной (n-типа) и положительной (p-типа) полярностью. Хотя ранее удалось создать стабильные n-слои из оксида галия, разработка p-слоев оставалась сложной задачей из-за особенностей кристаллической структуры материала, которая усложняла внедрение соответствующих атомов. Это ограничивало надежность и эффективность оксид-галиевых полупроводников.
Группа японских исследователей впервые разработала функциональные pn-диоды на основе оксида галия. Благодаря новой технологии удалось получить устройства, которые пропускают в два раза больше электрического тока, чем предыдущие аналоги на основе Ga2O3, а также отличаются повышенной энергоэффективностью.
Инновация для энергетики и электротранспорта
Pn-диоды изготавливаются путем сочетания слоев полупроводников p- и n-типа, что позволяет эффективно контролировать электрический ток. Такие диоды остаются ключевыми элементами для работы электронных устройств, способных выдерживать высокие нагрузки. Однако традиционные pn-диоды значительно теряют энергию в виде тепла, особенно в энергоемких сферах, таких как электромобили и возобновляемая энергетика.
Новые pn-диоды на основе оксида галия выдерживают вдвое большие токи по сравнению с предыдущими устройствами и потребляют меньше энергии, чем кремниевые аналоги. Это делает их чрезвычайно перспективными для использования в высокопроизводительных системах, сокращает потребность в охлаждении и уменьшает эксплуатационные расходы.
Ранее кристаллическая структура оксида галия позволяла легко формировать n-слои, однако отталкивала атомы, необходимые для p-слоев. Из-за этого материал был ограничен в применении. Исследователи решили эту проблему путем инъекции атомов никеля в слой оксида галия. Поверхность бомбардировали отдельными атомами с большой скоростью, после чего материал дважды нагревали: сначала до 300°C с использованием активированных кислородных радикалов, а затем до 950°C в кислородной среде. Это способствовало превращению никеля в оксид никеля и его полной интеграции в кристаллическую решетку оксида галия.
“Поскольку этот метод использует стандартное промышленное оборудование и процессы, его можно масштабировать для массового производства. Это существенно повлияет на будущую энергоэффективность и стоимость, особенно в сфере электромобилей и возобновляемой энергетики”, — подчеркнул профессор Центра низкотемпературной плазмы при Нагойском университете Масару Хори.
Подробные результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Applied Physics.