במאי 2002, כתבו לסטר פ. איסטמן ואומש ק. מישרה על טכנולוגיית פיתוח ארוכת טווח בתחום מוליכים למחצה להספק באותה תקופה:גליום ניטריד (GaN).  
במאמר זה, הם הביעו אופטימיות לגבי סיכויי השימוש בגאליום ניטריד ברשתות אלחוטיות בפס רחב, מכ"ם ויישומי מיתוג חשמל עבור רשתות חשמל שהיו בתחילת דרכן. הם מתייחסים גם להתקני GaN כ..."הטרנזיסטור החזק ביותר שנוצר אי פעם".  
הם צודקים. פער האנרגיה הרחב של GaN (האנרגיה הנדרשת לשבירת אלקטרונים קשורים ולהקל על הולכה) ותכונות אחרות מאפשרות לנו לנצל את הסבילות הגבוהה של חומר זה לשדה חשמלי, מה שמאפשר התקנים בעלי ביצועים חסרי תקדים.  
כיום, GaN היא האלוף הבלתי מעורער של יישומי הספק RF במצב מוצק, שכבר מופיעה במכ"ם, אלחוטית 5G, ובקרוב תהפוך לנפוצה בממירי כוח המשמשים בכלי רכב חשמליים. כעת, ניתן אפילו לרכוש מטעני USB שתוכננו על בסיס התקני GaN, המציעים רמות הספק גבוהות משמעותית בגודלם הקומפקטי.  
עם זאת, גם אם זה המצב, אנו עדיין שואלים, האם יש משהו טוב יותר מ-GaN? האם יש משהו שניתן לעשות כדי להפוך מגבר RF לחזק ויעיל יותר? האם יש משהו שיכול לגרום לאלקטרוניקה של הספק להתכווץ עוד יותר, ולהקל עוד יותר על העומס על מטוסים ומכוניות? האם נוכל למצוא חומרים עם פערי אנרגיה גדולים יותר שעדיין יכולים להוליך חשמל?  
כפי שמתברר, התשובה היא כן.  
למעשה, ישנם חומרים עם פערי אנרגיה רבים בשוק, אך הייחודיות של מכניקת הקוונטים גורמת לכך שרובם בקושי יכולים לשמש כמוליכים למחצה. עם זאת, יש מועמד משכנע אחד: תחמוצת מוליכה שקופה, תחמוצת גליום (Ga2O3).  
עם פער מתח רחב של כמעט 5 eV, תחמוצת גליום מובילה בקילומטר על GaN (3.4eV), ובהשוואה לסיליקון (1.1eV), העופרת גדולה כמו מרתון. אנו יודעים שליהלום ולאלומיניום ניטריד יש גם פערי מתח גדולים, אך אין להם את התכונות שיש ל-Ga2O3, שהיא אוסף תכונות בר מזל שניתן להשתמש בו לייצור התקנים זולים אך רבי עוצמה.  
לא מספיק שחומר יהיה בעל פער אנרגיה רחב, כי אם כן, כל החומרים הדיאלקטריים והקרמיים יכולים להיות כאלה, ולכן ניתן להשתמש בהם רק כמבודדים. אבל לתחמוצת גליום יש שילוב ייחודי של תכונות שיכולות להפוך אותה לשימושית מאוד כמועמד לחומר עבור מתגי חשמל ואלקטרוניקה של RF.  
   

איור: מקור ספקטרום IEEE: "יישום Ga2O3 עבור יישומי אלקטרוניקה להספק" שהוצג על ידי גרג ה. ג'סן ואחרים בכנס השנתי ה-75 לחקר מכשירים (DRC).

מבין חמש התכונות החיוניות למוליכים למחצה, עוצמת שדה חשמלי קריטי גבוהה היא היתרון הגדול ביותר של תחמוצת בטא-גליום. זה יכול לסייע ביצירת מתגים במתח גבוה ויכול לאפשר תכנון של התקני RF רבי עוצמה על בסיסם. עם זאת, החיסרון הגדול ביותר של תחמוצת בטא-גליום הוא מוליכות תרמית נמוכה שלה, מה שאומר שחום יכול להילכד בתוך ההתקן.  
בנוסף, תכונה נחמדה של תחמוצת גליום היא שניתן להוסיף לה נושאי מטען כדי להפוך אותה למוליכה יותר באמצעות תהליך הנקרא סימום. סימום כרוך בהוספת כמויות מבוקרות של זיהומים לגביש כדי לשלוט בריכוז נושאי המטען במוליך למחצה. בסיליקון, לדוגמה, ניתן להשתמש בהשתלת יונים ולאחר מכן חישול כדי לסמם את הגביש בזרחן (הוספת אלקטרונים חופשיים) או בורון (הפחתתם), מה שמאפשר למטענים לנוע בחופשיות בתוכו. ב-Ga2O3 מוסיפים אלקטרונים בצורה דומה.  
אבל אם תנסו להשתמש בגישה זו עם תחמוצות אחרות בעלות פער פס רחב, תסיימו עם גבישים שעלולים להתנפץ וכתמים בסריג שבהם מטענים נתקעים.  
יכולת ההסתגלות של תחמוצת גליום להוספת חומרים ממכרים באמצעות תהליכים סטנדרטיים (הנקראים השתלת יונים) וכן במהלך גידול אפיטקסיאלי (השקעת גבישים נוספים) מאפשרת לנו לשאול ממספר טכנולוגיות ליתוגרפיה ועיבוד מסחריות מבוססות. שיטות אלו מאפשרות להגדיר במדויק את ממדי הטרנזיסטור בעשרות ננומטרים וליצור מגוון טופולוגיות של התקנים. עם זאת, חומרי מוליכים למחצה אחרים עם פערי אנרגיה רחבים אינם כוללים תכונה שימושית להפליא זו. אפילו GaN לא יכול לעשות זאת.  
יתרון נוסף של תחמוצת גליום הוא שבמקרים אלה, פרוסות סיליקון גדולות של Ga2O3 גבישי הן למעשה קלות מאוד לייצור. למרות שישנם מספר סוגים של גבישי Ga2O3, היציב ביותר נקרא β, ואחריו ε ו-α. ביניהם, β-Ga2O3 הוא בעל המחקר הרב ביותר, בעיקר הודות למאמציהם של מוסדות כמו המכון הלאומי למדעי החומרים בצוקובה, יפן, ומכון לייבניץ לקריסטלצ'וטונג בברלין.  
ההיבט האטרקטיבי ביותר של β-Ga2O3 הוא היציבות התרמית שלו, המאפשרת את ייצורו באמצעות מספר טכניקות שכבר נמצאות בשימוש נרחב, כולל שיטת צ'וכרלסקי לייצור פרוסות סיליקון. אנו יכולים גם להשתמש בטכניקת גידול גבישים הנקראת קצה-מוגדר, סרט-מוזן. כיום, ניתן אף לגדל גבישים באמצעות טכניקת ברידג'מן-שטוקברגר האנכית הניתנת להרחבה.  
קשה להפריז בחשיבותו של מצב זה בהשוואה למחצה אחרים בעלי פער פס רחב. עם זאת, מנקודת המבט הנוכחית, למעט סיליקון קרביד (SiC), לרוב מוליכים למחצה המתפתחים בעלי פער פס רחב אין מצעים גדולים שעליהם ניתן לגדל גבישים גדולים. משמעות הדבר היא שהם צריכים לגדול על דיסק מחומר אחר, דבר שכרוך בעלות. לדוגמה, גליום ניטריד גדל בדרך כלל על מצעים של סיליקון, סיליקון קרביד או ספיר בתהליך מורכב. אך מבנה הגביש של מצעים אלה שונה באופן ברור מזה של GaN, והבדל זה יכול ליצור "אי התאמה בסריג" בין המצע ל-GaN, וכתוצאה מכך למספר רב של פגמים. פגמים אלה גרמו לבעיות רבות עבור הציוד המיוצר. מכיוון ש-Ga2O3 פועל כמצע משלו, אין אי התאמות ולכן אין פגמים. חברת Novel Crystal Technology היפנית הדגימה 150 מ"מ β-Ga2O3.  
במכון היפני לטכנולוגיית מידע ותקשורת (NICT)מסאטאקה היגאשיוואקיהיה הראשון שהבין את הפוטנציאל של β-Ga2O3 ביישומי מיתוג הספק. בשנת 2012, הוא זעזע את כל תחום התקני ההספק לאחר שקבוצת המחקר שלו דיווחה על הטרנזיסטור β-Ga2O3 הראשון בעל גביש יחיד. כמה טוב מוצר זה? לדוגמה, אחד המפרטים המרכזיים של טרנזיסטור הספק הוא מתח הפריצה, נקודה קריטית שבה יכולתו של המוליך למחצה לעצור את זרימת הזרם נשברת. מתח הפריצה של הטרנזיסטור החלוצי שהציג היגאשיוואקי גדול מ-250 וולט. לשם השוואה, לקח ל-GaN כמעט שני עשורים להשיג הישג זה.  
בעבודתם פורצת הדרך, תיארו היגאשיוואקי כי הם גם הפחיתו משמעותית את הפסדי ההספק של המכשיר באמצעות שימוש בחומר בעל עוצמת שדה חשמלי קריטי גבוהה. מאפיין זה, המכונה Ec, הוא הכוח העל האמיתי של תחמוצת גליום.  
במילים פשוטות, אם מצמידים חומר בין שני מוליכים ומגדילים את המתח, Ec הוא השדה החשמלי שבו החומר מתחיל להוליך חשמל. פעמים רבות, מתח זה יכול להביא לתוצאות הרסניות. עוצמת השדה הקריטי של סיליקון נמדדת בדרך כלל במאות קילו-וולט לסנטימטר, בעוד שעוצמת השדה הקריטי של Ga2O3 היא 8 מגה-וולט לסנטימטר.  
 

תמונה: מעבדת המחקר של חיל האוויר

גיבור מתח גבוה: טרנזיסטור תחמוצת גליום זה שבתמונה למעלה (מוצג למעלה בשתי הגדלות (a ו-b) ובחתך (c)) שומר על מתחים מעל 200 וולט בטווח של 600 ננומטרים בלבד.

כשחושבים על טרנזיסטורים אידיאליים למיתוג הספק, E גבוה מאוד הוא אחד הגורמים הבולטים ביותר. באופן אידיאלי, ההתקן יעבור באופן מיידי בין שני מצבים: תמיד דלוק (הולכה ללא התנגדות) ותמיד כבוי (ללא הולכה כלל). לשני הקצוות הללו יש שתי גיאומטריות שונות מאוד של ההתקן. עבור מצב כבוי, צריך לשים שכבה עבה יותר של חומר בין המקור לניקוז של הטרנזיסטור כדי למנוע הולכה ולחסום מתחים גדולים. עבור מצב דלוק, צריך שטח דק אינסופי כך שלא תהיה לו התנגדות.  
כמובן, אי אפשר לקבל את שניהם. עוצמת השדה החשמלי הקריטי של החומר קובעת עד כמה ניתן להפוך את האזור דק כדי שיהיה עדיין סגור.  
האינדיקטור המרכזי של מוליכים למחצה למיתוג הספק בתדר נמוך נקרא נתון Baliga, על שם חתן מדליית הכבוד של IEEE ב. ג'איאנט Baliga. בעיקרו של דבר, הוא מציין עד כמה הפלט של המכשיר משחזר את פרטי אות הקלט במתחים גבוהים. זוהי תכונה חשובה מאוד עבור טרנזיסטורים הפועלים כמתגים בתדרים של עד טווח קילוהרץ. התקנים כאלה נמצאים בציוד תחנות משנה מרובות קילו-וולט, גנרטורים של פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה להדמיה רפואית, וממירי הספק עבור כלי רכב חשמליים והנעות מנוע תעשייתיות.  
עבור כל היישומים הללו ועוד, ל-Ga2O3 יתרונות טבעיים. בתדרים אלה, גורם האיכות פרופורציונלי לקובייה של השדה החשמלי הקריטי. Ec גבוה שכזה משמעו נתון איכותי טוב.  
מאחורי החישובים מסתתרת העובדה שמתג זה מבלה את רוב זמנו במצב דלוק או כבוי לחלוטין, ומעט מאוד זמן במעבר בין השניים. לכן רוב אובדן ההספק הוא רק הזרם מהנגד עד למועד הדלקת המכשיר. כאשר Ec גבוה, ניתן להשתמש במכשירים דקים יותר, מה שאומר פחות התנגדות.  
המסר של עבודתו של היגאשיוואקי פשוט: ניתן להשתמש בעוצמות שדה חשמלי גבוהות ועוצמתיות כדי להשיג מיתוג במתח גבוה שמאבד מעט הספק בתדרים נמוכים. קבוצות מחקר אחרות קלטו את המסר במהרה. עד שנת 2013, חוקרים הדגימו טרנזיסטור אפקט שדה מסוג MOSFET (תחמוצת מתכת-מוליך למחצה) עם מתח פריצה של 370 וולט. בשנת 2016, מאן הוי וונג, שהיה אז חלק מקבוצת היגאשיוואקי של NICT, השתמש במבנה נוסף הנקרא ציפוי שדה כדי לדחוף את המתח מעל 750 וולט. מבין התקנים אלה, הקלות היחסית שבה Ga2O3 יכול להשיג מתחי הפעלה גבוהים יותר היא אכן יוצאת דופן. מחקר חומרים התקדם רבות תוך שנים ספורות בלבד, בעוד שעלי GaN ארכו עשרות שנים.  
האם Ga2O3 יהיה שימושי ביישומי ספקי כוח עם מיתוג מהיר? זוהי נקודה נוספת שכולם שמים לב אליה. יש להדגיש כי Ec גם הוא חשוב מאוד כאן ועשוי להביא יתרונות גדולים ל-Ga2O3.  
בתדרים גבוהים יותר (כגון 100 הרץ עד 1 מגהרץ), הזמן שלוקח למכשיר להידלק ולכבות גדל באופן פרופורציונלי. ההפסדים במהלך המיתוג הם מכפלה של התנגדות המכשיר וכמות המטען שצריך להצטבר על שער הטרנזיסטור כדי לעבור. אם עושים את החישוב, משמעות הדבר היא שההפסדים פרופורציונליים לריבוע עוצמת השדה החשמלי הקריטי, ולא לקובייה בתדרים נמוכים.  
    תמונה: מעבדת המחקר של חיל האוויר  
התמונה למעלה מציגה את תחמוצת הגליוםפוטנציאל יישום RF,חלק קטן (מהותי) של טרנזיסטור RF מוקדם זה, המיוצר על ידי גליום אוקסיד, היה חשוב לפעולתו. הפחתת ההתנגדות הטפילית במכשיר יכולה להגדיל את ההספק והתדירות.  
תגלו שבאפליקציה פשוטה כמו מטען לטלפון נייד, החלפת חשמל מהירה יותר תביא יתרונות רבים יותר. ספק כוח ממותג פועל על ידי יישור מתח ה-AC מתקע הקיר ולאחר מכן חיתוך שלו לאות בתדר גבוה. השנאי מפחית את המתח לרמה הנדרשת ולבסוף האות מתואם ומסונן. החלקים המגושמים ביותר במערכת הם השנאים ורכיבים פסיביים אחרים, וניתן להשתמש ברכיבים קטנים יותר רק ככל שהתדר עולה. ואם אתם רוצים תדרים גבוהים יותר, מוליך למחצה עם פער אנרגיה רחב יותר ושדה חשמלי קריטי גבוה יותר יאפשר לכם להשיג זאת בצורה יעילה יותר תוך פישוט פיזור החום.  
לדוגמה, ממיר סיליקון של 1200 וולט המותג בתדר של 20 קילו-הרץ יכול לספק כ-3 קילוואט של הספק. עם זאת, על ידי מיתוג ב-150 קילו-הרץ, ממיר סיליקון קרביד המספק את אותו הספק יכול לפעול בטמפרטורה גבוהה יותר בחבילה שגודלה כשליש. לשם השוואה, ממירים מבוססי Ga2O3 יכולים לפעול בתדרים הקרובים למגה-הרץ ויכולים להיות קטנים במחצית (אם כי הדבר ידרוש רכיבים מגנטיים שטרם הומצאו).  
לסיכום, התכונות האלקטרוניות האמיתיות של חומרים כמו Ga2O3 נובעות מניצול מלא של עוצמת השדה החשמלי הקריטי שלהם. אבל מה בדיוק הוא ערך זה? עד 2015, אף קבוצה לא ביצעה מדידות בפועל של עוצמות השדה הניתנות להשגה על ידי החומר. כמו במכשירים אחרים, התוצאות הראשוניות רחוקות מגבולות תיאורטיים.  
אני ועמיתיי מתמודדים עם אתגר זה בזמן שעבדנו במעבדת המחקר של חיל האוויר בבסיס חיל האוויר רייט-פטרסון, אוהיו. הבעיה הראשונה שנתקלנו בה הייתה שכל מכשיר המיוצר מחומרים בעלי עוצמות שדה כה גבוהות היה בעל פוטנציאל לחרוג ממגבלות ציוד הבדיקה הקיים. מכיוון שבאופן עקרוני, חומרים בעובי 2 מיקרון עשויים לחסום יותר מ-1.5 קילו-וולט! לכן בנינו MOSFET פשוט שהגיאומטריה שלו הוקטנה כדי להפחית את המתח. הפער בין השער לניקוז, שבו השדה החשמלי הוא הגבוה ביותר, הוא רק 600 ננומטר. זאת בין היתר כדי להקל על מדידת שיא Ec, אך גם משום שאנו רוצים להיות מסוגלים לבדוק את המכשיר בתדרי RF, שתכנון מתח גבוה גדול יותר אינו מאפשר.  
בהדגמה מוקדמת זו, הטרנזיסטורים היו מסוגלים לעמוד ב-230 וולט, שהוא הגבול המותר לציוד בדיקת RF. השדה החשמלי הממוצע שנוצר הוא לפחות 3.8 מגה-וולט/ס"מ, וסימולציות מראות כי שיא השדה החשמלי הפנימי הוא לפחות 5.3 מגה-וולט/ס"מ. (לעולם לא נצפה ב-8 מגה-וולט/ס"מ מלאים ב-FET). זוהי ההדגמה הניסויית הראשונה של-Ga2O3 יש ערך EC תיאורטי גדול יותר מזה של GaN (בסביבות 3.3 מגה-וולט/ס"מ). במילים אחרות, פער השער-הניקוז של טרנזיסטור הספק GaN עם מתח הפעלה מדורג של 600 וולט הוא בדרך כלל כ-15 עד 20 מיקרומטר, ואורך הגל שלנו הוא 600 ננומטר.  
לאחר שהגיעה למסקנה זו, טרנזיסטורי מיתוג הספק התפתחו בקצב מדאיג. בשנת 2017 ייצרנו טרנזיסטורי MOSFET עם מתחי פריצה גדולים מ-600 וולט. בתחילת 2018, ערכי הפסדים בתדר גבוה שהושגו באמצעות טרנזיסטורי MOSFET בעלי גיאומטריות שונות עמדו או חרגו מהמגבלות התאורטיות של סיליקון. יתרה מכך, כעת יש לנו נתיב ברור לקראת התאמה או עקיפה של ערכי GaN האחרונים בשנים הקרובות.  
    צילום: טכנולוגיית קריסטל נובל  
שלא כמו מוליכים למחצה רבים בעלי פער אנרגיה רחב, פרוסות סיליקון יכולות להיווצר בערך באותו תהליך כמו פרוסות סיליקון. לכן, משמעות הדבר היא שמכשירים ללא פגמים עשויים להיות זולים יחסית.  
כאשר מדדנו את ה-E של מתגי חשמל בשנת 2015, שיערנו גם ש-Ga2O3 עשוי למצוא הצלחה דומה במעגלי RF, שוב על ידי מתן אפשרות לשדות חשמליים גבוהים יותר במכשירים קטנים יותר. אך באותה תקופה, חסר מידע מרכזי - לא פורסמו נתונים על מהירות האלקטרונים בחומר כפונקציה של השדה החשמלי.  
מהירות אלקטרונים חשובה במיוחד בטרנזיסטורים המשמשים להגברת אותות תדר רדיו. בתדר רדיו, הספק גבוה ותדר גבוה הן המטרות, וספרת המלצות של ג'ונסון (JFOM) מסכמת מטרות אלו. JFOM אומרת שמכפלת ההספק והתדר של טרנזיסטור RF פרופורציונלית למכפלת המהירות המקסימלית של נושאי המטען בחומר המוליך למחצה ו-Ec. הדבר המרכזי שעלינו לדעת כאן הוא שבטרנזיסטור RF מקבלים הגברה רק אם נושאי המטען מסוגלים לגרום להם לזרום כל הדרך מהמקור לניקוז לפני שהקוטביות של צורת הגל של ה-RF משתנה. (התדר הגבוה ביותר שבו זה קורה נקרא תדר הגבר זרם יחידה, או f/T.)
שוב, השדה החשמלי הקריטי הגבוה של Ga2O3 נכנס לתמונה מכיוון שניתן להפחית את המרחק הקריטי הזה ועדיין לספק שדה חשמלי חזק כדי להאיץ אלקטרונים למהירותם המקסימלית.  
ב-AFRL הצלחנו להדגים את ה-MOSFET התת-מיקרון הראשון מסוג גליום אוקסיד RF בשנת 2017. התקנים אלה הציגו מספרים מרשימים, למרות שהם אינם בראש ליגת GaN. תדר הגבר הזרם שלהם הוא 3GHz, תדר התנודה המרבי שלהם הוא 13GHz, וצפיפות הספק המוצא שלהם היא 230 mW/mm ב-800MHz. מאז, צפיפות הספק המוצא של RF בפעימה של AFRL חרגה מ-500mW/mm ב-1GHz, עם תדר תנודה מרבי המתקרב ל-20GHz.  
מעודד עוד יותר, בערך באותו זמן, חישובים תיאורטיים של קרישננדו גוש ואוטם סינגיסטי (אוניברסיטת באפלו) הראו כי JFOMs של תחמוצת גליום טובים משמעותית מאלה של גליום ניטריד.  
מאז ההדגמה הראשונה של יכולות RF בשנת 2017, טכנולוגיית Ga2O3 בתדר RF עשתה התקדמות אדירה, תחילה עם סריראם קרישנמורטי ולאחר מכן עם צוותו של סידהרת' ראג'אן באוניברסיטת אוהיו סטייט שהדגים טכניקות סימום חדשות ומשופרות. טכנולוגיות אלו שאולות מסיליקון, כך שההתנגדות המתקבלת ביריעת החומר שבה מתרחשת הולכה נמוכה מאוד, בסביבות 300 אוהם לריבוע. (כן, זוהי היחידה הנכונה.) זה דומה למה שתמצאו בהתקני גליום ניטריד. זמן קצר לאחר השגת תוצאה זו, ראג'אן וחוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה ברברה, הדגימו באופן עצמאי את Ga2O3 כטרנזיסטור בעל ניידות אלקטרונים גבוהה (HEMT). D: agHEMT
מכשיר מסוג זה עשוי בדרך כלל מגליום ארסניד או גליום ניטריד, ותדרי רדיו הם קריטיים הן עבור טלפונים סלולריים והן עבור מקלטי טלוויזיה בלוויין. מכשירים כאלה מוליכים דרך גז אלקטרונים דו-ממדי הנוצר בממשק החד בין שני מוליכים למחצה עם פערי אנרגיה שונים. במקרה זה, מדובר בתחמוצת גליום אלומיניום ותחמוצת גליום, הדומה לחלוטין לטכנולוגיית HEMT המסחרית של גליום ארסניד/גליום ארסניד מאלומיניום בטלפונים חכמים. פריצות דרך מרכזיות אלו מספקות נתיב להתרחבות אנכית ואופקית של ציוד RF.  
למרות שההתקדמויות הללו מעודדות, סביר להניח ש-Ga2O3 לא יאתגר את גליום ארסניד (GaAs) או GaN בכל יישום RF. כמתג טוב ביסודו, אנו צופים שיהיו לו יתרונות במגברי מצב ממותגים כגון Class D, E או F. מבין התקנים אלה, להתקן התנגדות מצב הפעלה נמוכה מאוד והוא יכול להשיג יעילות גבוהה מאוד באמצעות מאפייני זרם נמוך ומתח פריצה גבוה. מצד שני, יישומי התקנים הדורשים עכבה נמוכה וזרם גבוה יעדיפו את GaN, בעיקר בשל ניידות נושא המטען הגבוהה יותר שלו וצפיפות נושא המטען.  
         

SoGa2O3אילו אתגרים היא תתמודד איתם?

הדבר הראשון שצריך לומר הוא שעקב אכילס של חומר זה הוא שהוא מוליך חום בצורה גרועה, אפילו גרועה במיוחד. למעשה, מכל מוליכים למחצה הנחשבים להגברת RF או מיתוג הספק, זהו למעשה הגרוע ביותר. המוליכות התרמית של תחמוצת גליום היא רק שישית מזו של יהלום, עשירית מזו של SiC (המצע ל-RF GaN בעל ביצועים גבוהים), וחמישית מזו של סיליקון. מעניין לציין, שהיא דומה ל-RF GaAs. מוליכות תרמית נמוכה פירושה שהחום הנוצר בטרנזיסטור צפוי להישאר שם, מה שעלול להגביל משמעותית את תוחלת החיים של המכשיר.  
כעת, קחו בחשבון זאת: כדי לקבל השוואה אמיתית של מוליכות תרמית של חומר להתקן, עליכם לנרמל אותה ליכולת החומר להתמודד עם הספק. במילים אחרות, עליכם לחלק את E ב-C כדי להשוות במדויק בעיות תרמיות בהתקנים אמיתיים. כאשר עושים זאת, מגלים שכל מוליך למחצה עם פער אנרגיה גדול יותר מסיליקון סובל מבעיות פיזור חום כאשר הוא מגיע למלוא הפוטנציאל שלו, אפילו יהלום. אמנם עובדה זו עדיין לא עוזרת הרבה ל-Ga2O3, אך היא מדרבן אותנו לנסות למצוא דרכים טובות יותר לפיזור חום.  
לדוגמה, חוקרים במעבדת NICT בטוקיו שיפרו משמעותית את ההתנגדות התרמית של המכשיר על ידי חיבור SiC פולי-קריסטלי מסוג p לצד האחורי של פרוסת סיליקון Ga2O3 דקה של כ-10 מיקרון. ובהתחשב בכך שעבור טופולוגיות מסוימות של התקנים, כמעט כל החום נוצר ב-1 מיקרומטר העליון של החומר, חוקרי AFRL השיגו תוצאות מעודדות המדמות את השפעת מגע האלקטרודה ושימוש בחומרי מילוי דיאלקטריים כדי להסיט את החום לגוף קירור. זהו הטריק המשמש כיום בטרנזיסטורים דו-קוטביים מסחריים של גליום ארסניד. לכן, למרות האתגרים התרמיים ב-Ga2O3, מהנדסים חכמים עובדים על זה.  
בעיה נוספת, מהותית יותר, היא שאנחנו יכולים לגרום לתחמוצת גליום להוליך אלקטרונים בלבד ולא חורים. אף אחד לא יכול לייצר מוליך טוב מסוג p מ-Ga2O3. ולמרבה התסכול, התכונות האלקטרוניות הבסיסיות של החומר אינן מבטיחות הרבה. בפרט, צורת ההולכה של החור בחלק פס הערכיות של מבנה הפס של החומר אינה נכונה. לכן, גם אם יש סוג כלשהו של חומר ממכר שגורם לקולטן להיות ברמת האנרגיה הנכונה, כל חורים שנוצרים צפויים ללכוד את עצמם לפני שיוכלו לתרום להולכה. כאשר התיאוריה והנתונים כה עקביים, קשה לומר שיש דרך לעקוף את החיסרון הזה.  
בעוד שפגיעות זו יוצרת אתגרים נוספים, זה לא הכל חלק. מכשירים רבים, כביכול מבוססי רוב ספקי התקשורת, זכו להצלחה מסחרית. לדוגמה, רק תסתכלו על כמה שיותר מטעני קיר מסוג USB-C שתוכלו להשיג.  
שלב המחקר של טכנולוגיית התקני Ga2O3 רק החל להגיע למסה קריטית, וכעת אנו מתכננים את מרחב היישומים עבור טרנזיסטורי הספק מרובי קילווולטים והתקני RF בעלי מיתוג מהיר. הדגמות חדשות של ציוד ברמת קילווולט מופיעות כעת באופן קבוע גם כן. טרנזיסטורי RF בעלי ממדים קריטיים של עשרות ננומטרים עומדים להיות זמינים. ככל שנקדם טכנולוגיה זו, אנו סבורים שנוכל להשיג טופולוגיות של התקנים שלא היו אפשריות קודם לכן באף חומר אחר.  
 

כמובן, אנחנו הולכים לשבור כמה דברים (בעיקר דיאלקטריים) תוך כדי. אבל זו ההגדרה של טכנולוגיה משבשת. אנחנו מחליפים את מה שאנחנו יודעים תמורת ביצועים פוטנציאליים. נכון לעכשיו, עבור Ga2O3, פוטנציאל הביצועים עולה בהרבה על הבעיות.

הצהרת אחריות: מאמר זה נלקח מ"Semiconductor Industry Observation", התומך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציין את המקור המקורי ואת מחבר ההדפסה המחודשת. אם ישנה הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.

מספר טלפון של החברה: 86-0755-83044319+
פקס/פקס: 86-0755-83975897+
דוא"ל: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 מנהל לי

QQ: 332496225 מנהל Qiu

כתובת: חדר 809, בניין C, בניין הטכנולוגיה ז'אנטאו, שדרת מינגז'י מס' 1079, רובע לונגהואה החדש, שנזן