Los ingenieros eléctricos de la Universidad de Illinois han superado otro obstáculo en la fabricación de semiconductores de alta potencia al agregar el material más popular del campo, el óxido de beta-galio, a su arsenal. El óxido de beta-galio está disponible y promete convertir la energía más rápido y máseficientemente que los materiales semiconductores líderes de la actualidad: nitruro de galio y silicio, dijeron los investigadores.
Sus hallazgos se publican en la revista ACS Nano .
Los transistores planos se han vuelto tan pequeños como es físicamente posible, pero los investigadores abordaron este problema haciendo vertical. Con una técnica llamada grabado químico asistido por metal - o MacEtch - U. de I. los ingenieros usaron una solución química para grabarsemiconductores en estructuras de aletas 3D. Las aletas aumentan el área de superficie en un chip, permitiendo más transistores o corriente, y por lo tanto pueden manejar más potencia mientras mantienen la huella del chip del mismo tamaño.
Desarrollado en la U. de I., el método MacEtch es superior a las técnicas tradicionales de grabado "seco" porque es mucho menos dañino para las delicadas superficies de semiconductores, como el óxido de beta-galio, dijeron los investigadores.
"El óxido de galio tiene una brecha energética más amplia en la que los electrones pueden moverse libremente", dijo el autor principal del estudio, Xiuling Li, profesor de ingeniería eléctrica e informática. "Esta brecha energética debe ser grande para la electrónica con voltajes más altos e incluso bajosde alto voltaje con frecuencias de conmutación rápidas, por lo que estamos muy interesados en este tipo de material para su uso en dispositivos modernos. Sin embargo, tiene una estructura cristalina más compleja que el silicio puro, lo que dificulta su control durante el proceso de grabado ".
La aplicación de MacEtch a los cristales de óxido de galio podría beneficiar a la industria de semiconductores, dijo Li, pero el avance no está exento de obstáculos.
"En este momento, el proceso de grabado es muy lento", dijo. "Debido a la velocidad lenta y la compleja estructura cristalina del material, las aletas 3D producidas no son perfectamente verticales, y las aletas verticales son ideales para un uso eficiente depoder."
En el nuevo estudio, el sustrato de óxido de beta-galio produjo aletas triangulares, trapezoidales y cónicas, dependiendo de la orientación del diseño del catalizador metálico en relación con los cristales. Aunque estas formas no son ideales, los investigadores se sorprendieron al descubrir que todavíahacer un mejor trabajo conduciendo la corriente que las superficies planas y sin perforar de óxido de beta-galio.
"No estamos seguros de por qué este es el caso, pero estamos comenzando a obtener algunas pistas al realizar caracterizaciones a nivel atómico del material", dijo Li. "La conclusión es que hemos demostrado que es posible usar elProceso MacEtch para fabricar óxido de beta-galio, una alternativa de bajo costo al nitruro de galio, con buena calidad de interfaz ".
Li dijo que la investigación adicional tendrá que abordar la tasa de grabado lento, habilitar dispositivos de óxido de beta-galio de alto rendimiento e intentar solucionar el problema de la baja conductividad térmica.
"El aumento de la velocidad de grabado debería mejorar la capacidad del proceso para formar más aletas verticales", dijo. "Esto se debe a que el proceso sucederá tan rápido que no tendrá tiempo de reaccionar a todas las diferencias en las orientaciones de los cristales".
El problema de baja conductividad térmica es un problema más profundo, dijo. "La electrónica de alta potencia produce mucho calor, y los investigadores de dispositivos están buscando activamente soluciones de ingeniería térmica. Si bien este es un aspecto muy abierto en el campo de los semiconductores en este momento, Estructuras 3D como las que hemos demostrado podrían ayudar a guiar mejor el calor en algunos tipos de dispositivos ".
La National Science Foundation y el Departamento de Energía de EE. UU. Apoyaron esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Oficina de Noticias . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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