Pada Mei 2002, Lester F. Eastman dan Umesh K. Mishra menulis tentang teknologi pengembangan jangka panjang di bidang semikonduktor daya pada saat itu:Galium Nitrida (GaN).  
Dalam artikel tersebut, mereka menyatakan optimisme tentang prospek galium nitrida dalam jaringan nirkabel pita lebar yang saat itu masih baru, radar, dan aplikasi pengalihan daya untuk jaringan listrik. Mereka juga menyebut perangkat GaN sebagai"Transistor paling tangguh yang pernah dibuat".  
Mereka benar. Celah pita lebar GaN (energi yang dibutuhkan untuk memutus ikatan elektron dan memfasilitasi konduksi) dan kualitas lainnya memungkinkan kita untuk memanfaatkan toleransi medan listrik yang tinggi dari material ini, sehingga memungkinkan perangkat dengan kinerja yang belum pernah terjadi sebelumnya.  
Saat ini, GaN adalah juara tak terbantahkan dalam aplikasi daya RF solid-state, yang sudah muncul di radar, jaringan nirkabel 5G, dan akan segera menjadi hal biasa dalam inverter daya yang digunakan di kendaraan listrik. Sekarang, Anda bahkan dapat membeli pengisi daya USB yang dirancang berdasarkan perangkat GaN, yang menawarkan tingkat daya yang sangat tinggi dalam ukuran yang ringkas.  
Namun, meskipun demikian, kita tetap bertanya, adakah yang lebih baik daripada GaN? Adakah yang dapat dilakukan untuk membuat penguat RF lebih bertenaga dan efisien? Adakah yang dapat membuat elektronika daya semakin mengecil, sehingga semakin mengurangi beban pada pesawat dan mobil? Dapatkah kita menemukan material dengan celah pita yang lebih besar yang masih dapat menghantarkan listrik?  
Ternyata, jawabannya adalah ya.  
Sebenarnya, ada banyak material dengan celah pita energi di pasaran, tetapi kekhususan mekanika kuantum berarti bahwa sebagian besar material tersebut sulit digunakan sebagai semikonduktor. Namun, ada satu kandidat yang sangat menarik: oksida konduktif transparan galium oksida (Ga2O3).  
Dengan celah pita energi yang lebar, hampir 5 eV, galium oksida jauh mengungguli GaN (3.4 eV), dan dibandingkan dengan silikon (1.1 eV), keunggulannya sangat besar. Kita tahu bahwa intan dan aluminium nitrida juga memiliki celah pita energi yang besar, tetapi mereka tidak memiliki sifat-sifat yang dimiliki Ga2O3, yang merupakan serangkaian sifat menguntungkan yang dapat digunakan untuk membuat perangkat yang murah namun bertenaga.  
Tidak cukup bagi suatu material untuk memiliki celah pita yang lebar, karena jika demikian, semua dielektrik dan keramik dapat memilikinya, itulah sebabnya mereka hanya dapat digunakan sebagai isolator. Namun, galium oksida memiliki kombinasi kualitas unik yang dapat menjadikannya kandidat material yang sangat berguna untuk sakelar daya dan elektronik RF.  
   

Ilustrasi: Sumber IEEE Spectrum: “Implementasi Ga2O3 untuk Aplikasi Elektronik Daya” yang dipresentasikan oleh Gregg H. Jessen dkk. pada Konferensi Riset Perangkat Tahunan ke-75 (DRC).

Di antara lima sifat yang sangat penting untuk semikonduktor, kekuatan medan listrik kritis yang tinggi adalah keunggulan terbesar dari beta-galium oksida. Hal ini dapat membantu menciptakan sakelar tegangan tinggi dan dapat berarti perangkat RF yang kuat dapat dirancang berdasarkan material tersebut. Namun, kelemahan terbesar dari beta-galium oksida adalah konduktivitas termalnya yang rendah, yang berarti panas dapat terperangkap di dalam perangkat.  
Selain itu, sifat bagus dari galium oksida adalah Anda dapat menambahkan pembawa muatan ke dalamnya untuk membuatnya lebih konduktif melalui proses yang disebut doping. Doping melibatkan penambahan sejumlah pengotor yang terkontrol ke dalam kristal untuk mengontrol konsentrasi pembawa muatan dalam semikonduktor. Pada silikon, misalnya, Anda dapat menggunakan implantasi ion diikuti dengan anil untuk mendoping kristal dengan fosfor (menambahkan elektron bebas) atau boron (mengurangi elektron bebas), memungkinkan muatan untuk bergerak bebas di dalamnya. Pada Ga2O3, Anda menambahkan elektron dengan cara yang serupa.  
Namun, jika Anda mencoba menggunakan pendekatan ini dengan oksida celah pita lebar lainnya, Anda berpotensi mendapatkan kristal yang pecah dan bintik-bintik pada kisi tempat muatan terperangkap.  
Kemampuan oksida galium untuk beradaptasi dengan penambahan dopan melalui proses standar (disebut implantasi ion) serta selama pertumbuhan epitaksial (pendepositan kristal tambahan) memungkinkan kita untuk memanfaatkan sejumlah teknologi litografi dan pemrosesan komersial yang sudah mapan. Metode-metode ini memudahkan untuk menentukan dimensi transistor secara tepat dalam puluhan nanometer dan menghasilkan berbagai topologi perangkat. Namun, material semikonduktor lain dengan celah pita lebar tidak memiliki fitur yang sangat berguna ini. Bahkan GaN pun tidak dapat melakukan hal ini.  
Keunggulan lain dari galium oksida adalah, dibandingkan dengan material lain, wafer silikon besar dari Ga2O3 kristalin sebenarnya sangat mudah dibuat. Meskipun ada beberapa jenis kristal Ga2O3, yang paling stabil disebut β, diikuti oleh ε dan α. Di antara semuanya, β-Ga2O3 memiliki penelitian paling banyak secara keseluruhan, terutama karena upaya lembaga-lembaga seperti Institut Nasional Ilmu Material di Tsukuba, Jepang dan Institut Leibniz untuk Kristallzüchtung di Berlin.  
Aspek paling menarik dari β-Ga2O3 adalah stabilitas termalnya, yang memungkinkan pembuatannya menggunakan sejumlah teknik yang sudah banyak digunakan, termasuk metode Czochralski untuk pembuatan wafer silikon. Kita juga dapat menggunakan teknik pertumbuhan kristal yang disebut edge-defined, film-fed. Saat ini, kristal bahkan dapat ditumbuhkan menggunakan teknik Bridgman-Stockbarger vertikal yang sangat terukur.  
Sulit untuk melebih-lebihkan betapa berbedanya situasi ini dari semikonduktor celah pita lebar lainnya. Namun, dari perspektif saat ini, kecuali silikon karbida (SiC), sebagian besar semikonduktor celah pita lebar yang sedang berkembang tidak memiliki substrat berukuran besar tempat kristal besar dapat ditumbuhkan. Ini berarti mereka harus tumbuh pada cakram material lain, yang tentu saja membutuhkan biaya. Misalnya, galium nitrida biasanya ditumbuhkan pada substrat silikon, silikon karbida, atau safir dalam proses yang kompleks. Tetapi struktur kristal substrat ini jelas berbeda dari GaN, dan perbedaan ini dapat menciptakan "ketidaksesuaian kisi" antara substrat dan GaN, yang mengakibatkan sejumlah besar cacat. Cacat ini menyebabkan banyak masalah bagi peralatan yang diproduksi. Karena Ga2O3 bertindak sebagai substratnya sendiri, tidak ada ketidaksesuaian dan oleh karena itu tidak ada cacat. Novel Crystal Technology Jepang telah mendemonstrasikan β-Ga2O3 berukuran 150 mm.  
di Institut Teknologi Informasi dan Komunikasi Jepang (NICT)Masataka HigashiwakiHigashiwaki adalah orang pertama yang menyadari potensi β-Ga2O3 dalam aplikasi switching daya. Pada tahun 2012, ia mengejutkan seluruh bidang perangkat daya setelah kelompok risetnya melaporkan transistor β-Ga2O3 kristal tunggal pertama. Seberapa bagus produk ini? Misalnya, salah satu spesifikasi kunci dari transistor daya adalah tegangan tembus, titik kritis di mana kemampuan semikonduktor untuk menghentikan aliran arus akan rusak. Tegangan tembus transistor perintis yang diperkenalkan oleh Higashiwaki lebih besar dari 250V. Sebagai perbandingan, GaN membutuhkan waktu hampir dua dekade untuk mencapai prestasi ini.  
Dalam karya penting mereka, Higashiwaki menjelaskan bahwa mereka juga secara signifikan mengurangi kehilangan daya perangkat dengan menggunakan material dengan kekuatan medan listrik kritis yang tinggi. Karakteristik ini, yang dikenal sebagai Ec, adalah kekuatan super sebenarnya dari galium oksida.  
Sederhananya, jika Anda menempatkan suatu material di antara dua konduktor, dan Anda meningkatkan tegangan, Ec adalah medan listrik di mana material tersebut mulai menghantarkan listrik. Seringkali, tegangan ini dapat membawa hasil yang mengerikan. Kekuatan medan kritis silikon biasanya diukur dalam ratusan kilovolt per sentimeter, sedangkan kekuatan medan kritis Ga2O3 adalah 8 megavolt per sentimeter.  
 

Gambar: Laboratorium Penelitian Angkatan Udara

Pahlawan tegangan tinggi: Transistor oksida galium yang digambarkan di atas (ditunjukkan di atas pada dua perbesaran (a dan b) dan dalam penampang melintang (c)) mempertahankan tegangan di atas 200 volt hanya dalam 600 nanometer.

Ketika Anda memikirkan transistor pengalih daya ideal, memiliki E yang sangat tinggi adalah salah satu daya tarik terbesar. Idealnya, perangkat akan beralih secara instan antara dua keadaan: selalu aktif (konduksi tanpa hambatan) dan selalu nonaktif (tidak ada konduksi sama sekali). Kedua ekstrem ini memiliki dua geometri perangkat yang sangat berbeda. Untuk keadaan nonaktif, Anda perlu menempatkan lapisan material yang lebih tebal antara sumber dan drain transistor untuk mencegah konduksi dan memblokir tegangan besar. Untuk keadaan aktif, Anda membutuhkan area yang sangat tipis sehingga tidak memiliki hambatan.  
Tentu saja, Anda tidak bisa mendapatkan keduanya. Kekuatan medan listrik kritis dari material tersebut menentukan seberapa tipis area tersebut dapat dibuat agar tetap tertutup.  
Indikator utama semikonduktor pengalih daya frekuensi rendah disebut angka kualitas Baliga, dinamai menurut penerima Medali Kehormatan IEEE, B. Jayant Baliga. Pada dasarnya, angka ini menunjukkan seberapa baik keluaran perangkat mereproduksi detail sinyal masukan pada tegangan tinggi. Ini adalah sifat yang sangat penting untuk transistor yang beroperasi sebagai sakelar pada frekuensi hingga kisaran kilohertz. Perangkat tersebut ditemukan dalam peralatan gardu induk multi-kilovolt, generator foton berenergi tinggi untuk pencitraan medis, dan inverter daya untuk kendaraan listrik dan penggerak motor industri.  
Untuk semua aplikasi ini dan lebih banyak lagi, Ga2O3 memiliki keunggulan alami. Pada frekuensi ini, faktor kualitas berbanding lurus dengan pangkat tiga dari medan listrik kritis. Nilai Ec yang tinggi seperti itu berarti angka kualitas yang baik.  
Di balik perhitungan matematis tersebut terdapat fakta bahwa sakelar ini menghabiskan sebagian besar waktunya dalam keadaan sepenuhnya aktif atau sepenuhnya nonaktif, dan sangat sedikit waktu untuk beralih antara keduanya. Jadi sebagian besar kehilangan daya hanyalah arus dari resistor ke perangkat saat dinyalakan. Ketika Ec tinggi, perangkat yang lebih tipis dapat digunakan, yang berarti resistansi lebih rendah.  
Pesan dari karya Higashiwaki sederhana: Anda dapat menggunakan kekuatan medan listrik tinggi yang kuat untuk mencapai pengalihan tegangan tinggi yang kehilangan sedikit daya pada frekuensi rendah. Kelompok penelitian lain segera memahami pesan tersebut. Pada tahun 2013, para peneliti telah mendemonstrasikan transistor efek medan semikonduktor oksida logam (MOSFET) dengan tegangan tembus 370V. Pada tahun 2016, Man Hoi Wong, yang saat itu merupakan bagian dari kelompok Higashiwaki di NICT, menggunakan struktur tambahan yang disebut pelapisan medan untuk mendorong tegangan di atas 750V. Di antara perangkat-perangkat ini, kemudahan relatif yang dimiliki Ga2O3 dalam mencapai tegangan operasi yang lebih tinggi memang luar biasa. Penelitian tentang material telah berkembang pesat hanya dalam beberapa tahun, sedangkan lembaran GaN membutuhkan waktu puluhan tahun.  
Apakah Ga2O3 akan berguna dalam aplikasi catu daya switching cepat? Ini adalah poin lain yang menjadi perhatian semua orang. Perlu ditekankan bahwa Ec juga sangat penting di sini dan dapat memberikan keuntungan besar bagi Ga2O3.  
Pada frekuensi yang lebih tinggi (seperti 100 Hz hingga 1 MHz), waktu yang dibutuhkan perangkat untuk menyala dan mati meningkat secara proporsional. Kerugian selama proses switching adalah hasil perkalian resistansi perangkat dan jumlah muatan yang perlu terakumulasi pada gerbang transistor untuk melakukan switching. Dengan melakukan perhitungan, ini berarti bahwa kerugian berbanding lurus dengan kuadrat kekuatan medan listrik kritis, bukan pangkat tiga pada frekuensi rendah.  
    Gambar: Laboratorium Penelitian Angkatan Udara  
Gambar di atas menunjukkan galium oksida.Potensi aplikasi RF,Sebagian kecil (intrinsik) dari transistor RF oksida galium awal ini penting untuk pengoperasiannya. Mengurangi resistansi parasitik dalam perangkat dapat meningkatkan daya dan frekuensi.  
Anda akan menemukan bahwa dalam aplikasi sesederhana pengisi daya ponsel, peralihan daya yang lebih cepat akan memberikan lebih banyak manfaat. Catu daya switching bekerja dengan pertama-tama menyearahkan tegangan AC dari stopkontak dan kemudian memotongnya menjadi sinyal frekuensi tinggi. Transformator mengurangi tegangan ke tingkat yang dibutuhkan dan akhirnya sinyal tersebut disearahkan dan difilter. Bagian sistem yang paling besar adalah transformator dan komponen pasif lainnya, dan komponen yang lebih kecil hanya dapat digunakan seiring meningkatnya frekuensi. Dan jika Anda menginginkan frekuensi yang lebih tinggi, semikonduktor dengan celah pita yang lebih lebar dan medan listrik kritis yang lebih tinggi akan memungkinkan Anda untuk mendapatkannya lebih efisien sekaligus menyederhanakan pembuangan panas.  
Sebagai contoh, inverter silikon 1200V yang beroperasi pada frekuensi 20kHz dapat menghasilkan daya sekitar 3kW. Namun, dengan beroperasi pada frekuensi 150kHz, inverter silikon karbida yang menghasilkan daya yang sama dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dalam kemasan yang ukurannya sepertiga lebih kecil. Sebagai perbandingan, inverter berbasis Ga2O3 dapat beroperasi pada frekuensi mendekati megahertz dan ukurannya bisa setengah lebih kecil (walaupun ini akan membutuhkan komponen magnetik yang belum ditemukan).  
Jadi, singkatnya, sifat elektronik sebenarnya dari material seperti Ga2O3 berasal dari pemanfaatan penuh kekuatan medan listrik kritisnya. Tetapi berapa sebenarnya nilai tersebut? Hingga tahun 2015, belum ada kelompok yang melakukan pengukuran sebenarnya terhadap kekuatan medan yang dapat dicapai oleh material tersebut. Seperti halnya perangkat lain, hasil awal masih jauh dari batas teoritis.  
Saya dan kolega saya menghadapi tantangan ini saat bekerja di Laboratorium Penelitian Angkatan Udara di Pangkalan Angkatan Udara Wright-Patterson, Ohio. Masalah pertama yang kami temui adalah bahwa setiap perangkat yang dibuat menggunakan material dengan kekuatan medan yang sangat tinggi berpotensi melampaui batas peralatan uji yang ada. Karena pada prinsipnya, material 2 mikron dapat memblokir lebih dari 1.5 kV! Jadi kami membangun MOSFET sederhana yang geometrinya diperkecil untuk mengurangi tegangan. Jarak antara gerbang dan drain tempat medan listrik tertinggi hanya 600 nanometer. Ini sebagian untuk mempermudah pengukuran puncak Ec, tetapi juga karena kami ingin dapat menguji perangkat pada frekuensi RF, yang tidak memungkinkan pada desain tegangan tinggi yang lebih besar.  
Dalam demonstrasi awal ini, transistor mampu menahan tegangan 230V, yang merupakan batas peralatan uji RF. Medan listrik rata-rata yang dihasilkan setidaknya 3.8 MV/cm, dan simulasi menunjukkan bahwa medan listrik internal puncak setidaknya 5.3 MV/cm. (Kita tidak akan pernah mengamati nilai penuh 8MV/cm pada FET). Ini adalah demonstrasi eksperimental pertama yang menunjukkan bahwa Ga2O3 memiliki nilai EC teoritis yang lebih besar daripada GaN (sekitar 3.3MV/cm). Dengan kata lain, celah gerbang-ke-drain dari transistor daya GaN dengan tegangan operasi terukur 600V biasanya sekitar 15 hingga 20 µm, dan panjang gelombang kita adalah 600nm.  
Setelah kesimpulan ini dibuat, transistor switching daya berkembang dengan kecepatan yang mengkhawatirkan. Pada tahun 2017, kami memproduksi MOSFET dengan tegangan tembus lebih dari 600V. Pada awal tahun 2018, nilai rugi frekuensi tinggi yang dicapai menggunakan MOSFET dengan geometri berbeda memenuhi atau melampaui batas teoritis silikon. Terlebih lagi, kini kita memiliki jalur yang jelas untuk menyamai atau melampaui nilai GaN terbaru dalam beberapa tahun ke depan.  
    Foto: Teknologi Kristal Baru  
Berbeda dengan banyak semikonduktor celah pita lebar, wafer galium oksida dapat dibuat menggunakan proses yang hampir sama dengan wafer silikon. Oleh karena itu, ini berarti bahwa perangkat bebas cacat dapat menjadi relatif murah.  
Ketika kami mengukur medan listrik (E) sakelar daya pada tahun 2015, kami juga berspekulasi bahwa Ga2O3 mungkin akan meraih kesuksesan serupa dalam sirkuit RF, sekali lagi dengan memungkinkan medan listrik yang lebih tinggi pada perangkat yang lebih kecil. Namun pada saat itu, beberapa informasi penting masih kurang—tidak ada data yang dipublikasikan tentang kecepatan elektron dalam material tersebut sebagai fungsi dari medan listrik.  
Kecepatan elektron sangat penting dalam transistor yang digunakan untuk memperkuat sinyal frekuensi radio. Dalam RF, daya keluaran tinggi dan frekuensi tinggi adalah tujuannya, dan angka kualitas Johnson (JFOM) merangkum tujuan-tujuan ini. JFOM menyatakan bahwa hasil kali daya dan frekuensi transistor RF sebanding dengan hasil kali kecepatan maksimum pembawa muatan dalam material semikonduktor dan Ec. Hal penting yang perlu kita ketahui di sini adalah bahwa dalam transistor RF, penguatan hanya terjadi jika pembawa muatan mampu mengalirkan arus dari sumber ke drain sebelum polaritas gelombang RF berubah. (Frekuensi tertinggi di mana ini terjadi disebut frekuensi penguatan arus satuan, atau fT.)
Sekali lagi, medan listrik kritis Ga2O3 yang tinggi berperan penting karena Anda dapat mengurangi jarak kritis tersebut tetapi tetap memberikan medan listrik yang kuat untuk mempercepat elektron hingga kecepatan maksimumnya.  
Di AFRL, kami berhasil mendemonstrasikan MOSFET RF oksida galium submikron pertama pada tahun 2017. Perangkat ini menunjukkan angka-angka yang mengesankan, meskipun belum berada di puncak liga GaN. Frekuensi penguatan arus unitnya adalah 3 GHz, frekuensi osilasi maksimumnya adalah 13 GHz, dan kepadatan daya keluarannya adalah 230 mW/mm pada 800 MHz. Sejak itu, kepadatan daya keluaran RF berdenyut AFRL telah melampaui 500 mW/mm pada 1 GHz, dengan frekuensi osilasi maksimum mendekati 20 GHz.  
Yang lebih menggembirakan lagi, sekitar waktu yang sama, perhitungan teoretis oleh Krishnandu Ghosh dan Uttam Singisetti (Universitas Buffalo) menunjukkan bahwa JFOM (Joint Frequency Ombudsman) dari galium oksida secara signifikan lebih baik daripada galium nitrida.  
Sejak demonstrasi pertama kemampuan RF pada tahun 2017, teknologi RF Ga2O3 telah mengalami kemajuan luar biasa, pertama dengan Sriram Krishnamoorthy dan kemudian dengan tim Siddharth Rajan di Universitas Negeri Ohio yang mendemonstrasikan teknik doping baru dan yang lebih baik. Teknologi ini dipinjam dari silikon, sehingga resistansi yang dihasilkan pada lembaran material tempat konduksi terjadi sangat rendah, sekitar 300 ohm per persegi. (Ya, itu satuan yang benar.) Ini sebanding dengan apa yang akan Anda temukan pada perangkat galium nitrida. Tak lama setelah mencapai hasil ini, Rajan dan para peneliti di Universitas California, Santa Barbara, secara independen mendemonstrasikan Ga2O3 sebagai transistor mobilitas elektron tinggi (HEMT). D: agHEMT
Perangkat jenis ini biasanya terbuat dari galium arsenida atau galium nitrida, dan frekuensi radio sangat penting untuk telepon seluler dan penerima TV satelit. Perangkat tersebut menghantarkan arus melalui gas elektron dua dimensi yang terbentuk pada antarmuka tajam antara dua semikonduktor dengan celah pita yang berbeda. Dalam hal ini, materialnya adalah aluminium galium oksida dan galium oksida, yang persis sama dengan teknologi HEMT aluminium galium arsenida/galium arsenida komersial yang digunakan pada ponsel pintar. Terobosan penting ini membuka jalan bagi perluasan peralatan RF secara vertikal dan horizontal.  
Meskipun kemajuan ini menggembirakan, Ga2O3 kemungkinan tidak akan mampu menyaingi galium arsenida (GaAs) atau GaN dalam setiap aplikasi RF. Sebagai sakelar yang pada dasarnya baik, kami memperkirakan ia memiliki keunggulan dalam penguat mode sakelar seperti Kelas D, E, atau F. Di antara perangkat-perangkat ini, perangkat ini memiliki resistansi on yang sangat rendah dan dapat mencapai efisiensi yang sangat tinggi dengan menggunakan karakteristik arus rendah dan tegangan tembus tinggi. Di sisi lain, aplikasi perangkat yang membutuhkan impedansi lebih rendah dan arus tinggi akan lebih menyukai GaN, terutama karena mobilitas pembawa muatan dan kepadatan pembawa muatannya yang lebih tinggi.  
         

SoGa2O3Tantangan apa saja yang akan dihadapinya?

Hal pertama yang perlu dikatakan adalah kelemahan utama material ini adalah konduktivitas panasnya yang buruk, bahkan sangat buruk. Bahkan, dari semua semikonduktor yang dipertimbangkan untuk penguatan RF atau pengalihan daya, ini sebenarnya yang terburuk. Konduktivitas termal galium oksida hanya seperenam dari intan, sepersepuluh dari SiC (substrat untuk RF GaN berkinerja tinggi), dan seperlima dari silikon. Menariknya, konduktivitasnya sebanding dengan RF GaAs. Konduktivitas termal yang rendah berarti panas yang dihasilkan dalam transistor kemungkinan akan tetap berada di sana, yang berpotensi secara signifikan membatasi umur perangkat.  
Sekarang, pertimbangkan ini: Untuk mendapatkan perbandingan yang akurat antara konduktivitas termal suatu material dengan perangkat, Anda perlu menormalkannya terhadap kemampuan material tersebut untuk menangani daya. Dengan kata lain, Anda perlu membagi E dengan C untuk membandingkan masalah termal secara akurat pada perangkat nyata. Ketika Anda melakukan itu, Anda akan menemukan bahwa setiap semikonduktor dengan celah pita yang lebih besar dari silikon memiliki masalah pembuangan panas ketika mencapai potensi penuhnya, bahkan berlian. Meskipun fakta ini masih belum banyak membantu Ga2O3, hal ini memotivasi kita untuk mencoba menemukan cara yang lebih baik untuk membuang panas.  
Sebagai contoh, para peneliti di Laboratorium NICT Tokyo sangat meningkatkan ketahanan termal perangkat dengan merekatkan SiC polikristalin tipe-p ke bagian belakang wafer silikon Ga2O3 setipis sekitar 10 mikron. Dan, dengan memperhatikan bahwa untuk topologi perangkat tertentu, hampir semua panas dihasilkan di lapisan atas material setebal 1µm, para peneliti AFRL memperoleh hasil yang menggembirakan dengan mensimulasikan efek kontak elektroda dan menggunakan pengisi dielektrik untuk mengalirkan panas ke pendingin. Ini adalah trik yang digunakan saat ini dalam transistor bipolar heterojunction galium arsenida komersial. Jadi, terlepas dari tantangan termal pada Ga2O3, para insinyur yang cerdas sedang berupaya mengatasinya.  
Masalah lain yang lebih mendasar adalah kita hanya dapat membuat galium oksida menghantarkan elektron, bukan lubang. Tidak ada yang dapat membuat konduktor tipe-p yang baik dari Ga2O3. Dan, yang lebih mengecewakan, sifat elektronik dasar material ini tidak terlalu menjanjikan. Secara khusus, bentuk konduksi lubang di bagian pita valensi dari struktur pita material tersebut tidak tepat. Oleh karena itu, bahkan jika ada semacam dopan yang menyebabkan reseptor berada pada tingkat energi yang benar, lubang yang tercipta diperkirakan akan terperangkap sebelum dapat berkontribusi pada konduksi. Ketika teori dan data sangat konsisten, sulit untuk mengatakan ada cara untuk mengatasi kekurangan ini.  
Meskipun kerentanan ini memang menciptakan tantangan tambahan, bukan berarti semuanya berjalan mulus. Banyak perangkat yang disebut hanya kompatibel dengan sebagian besar operator seluler telah sukses secara komersial. Sebagai contoh, lihat saja sebanyak mungkin pengisi daya dinding USB-C yang bisa Anda dapatkan.  
Fase penelitian teknologi perangkat Ga2O3 baru saja mulai mencapai titik kritis, dan kami sekarang sedang merencanakan ruang lingkup aplikasinya untuk transistor daya multi-kilovolt dengan switching cepat dan perangkat RF. Demonstrasi baru peralatan kelas kilovolt juga muncul secara teratur. Transistor RF dengan dimensi kritis dalam puluhan nanometer akan segera tersedia. Seiring kemajuan teknologi ini, kami yakin akan mampu mencapai topologi perangkat yang belum pernah dimungkinkan sebelumnya pada material lain.  
 

Tentu saja, kita akan menemukan beberapa masalah (terutama pada material dielektrik) seiring berjalannya waktu. Tetapi itulah definisi teknologi disruptif. Kita menukar apa yang kita ketahui dengan potensi peningkatan kinerja. Saat ini, untuk Ga2O3, potensi kinerja jauh lebih besar daripada masalahnya.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Semiconductor Industry Observation", yang mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulis dari cetakan ulang tersebut. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Nomor telepon perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/FAX: +86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li

QQ: 332496225 Manajer Qiu

Alamat: Ruang 809, Gedung C, Gedung Teknologi Zhantao, No. 1079 Jalan Minzhi, Distrik Baru Longhua, Shenzhen