In mei 2002 schreven Lester F. Eastman en Umesh K. Mishra over een technologie in de lange termijnontwikkeling op het gebied van vermogenshalfgeleiders:Galliumnitride (GaN).  
In dat artikel spraken ze hun optimisme uit over de vooruitzichten van galliumnitride in de toen nog prille breedband draadloze netwerken, radar en vermogensschakeltoepassingen voor elektriciteitsnetten. Ze verwijzen ook naar GaN-apparaten als"De meest robuuste transistor die ooit is gemaakt".  
Ze hebben gelijk. De brede bandgap van GaN (de energie die nodig is om gebonden elektronen te verbreken en geleiding mogelijk te maken) en andere eigenschappen stellen ons in staat om de hoge tolerantie van dit materiaal voor elektrische velden te benutten, waardoor apparaten met ongekende prestaties mogelijk worden.  
GaN is tegenwoordig de onbetwiste koploper op het gebied van RF-vermogenstoepassingen in vaste stoffen. Het wordt al gebruikt in radarsystemen en 5G-draadloze technologie, en zal binnenkort gemeengoed worden in omvormers voor elektrische voertuigen. Er zijn nu zelfs USB-laders verkrijgbaar die gebaseerd zijn op GaN-componenten en die in hun compacte formaat aanzienlijk hoge vermogens leveren.  
Maar zelfs als dat zo is, vragen we ons nog steeds af: bestaat er iets beters dan GaN? Is er iets dat we kunnen doen om een ​​RF-versterker krachtiger en efficiënter te maken? Is er iets dat de vermogenselektronica nog verder kan verkleinen, waardoor de belasting voor vliegtuigen en auto's nog verder afneemt? Kunnen we materialen vinden met een grotere bandbreedte die nog steeds elektriciteit kunnen geleiden?  
Blijkbaar is het antwoord ja.  
Er zijn weliswaar materialen met veel verschillende bandkloven op de markt, maar door de eigenaardigheden van de kwantummechanica zijn de meeste daarvan nauwelijks geschikt als halfgeleiders. Er is echter één veelbelovende kandidaat: het transparante geleidende oxide galliumoxide (Ga2O3).  
Met zijn brede bandgap van bijna 5 eV heeft galliumoxide een enorme voorsprong op GaN (3.4 eV), en vergeleken met silicium (1.1 eV) is die voorsprong zo groot als een marathon. We weten dat diamant en aluminiumnitride ook een grote bandgap hebben, maar ze bezitten niet de eigenschappen van Ga2O3, een gelukkige combinatie van eigenschappen die gebruikt kan worden om goedkope maar krachtige apparaten te maken.  
Het is niet voldoende dat een materiaal een brede bandgap heeft, want in dat geval zouden alle diëlektrische materialen en keramische materialen dat hebben, waardoor ze alleen als isolatoren gebruikt kunnen worden. Galliumoxide heeft echter een unieke combinatie van eigenschappen die het zeer geschikt zouden kunnen maken als materiaal voor vermogensschakelaars en RF-elektronica.  
   

Illustratie: IEEE Spectrum Bron: “Implementatie van Ga2O3 voor vermogenselektronica-toepassingen” gepresenteerd door Gregg H. Jessen et al. op de 75e jaarlijkse Device Research Conference (DRC).

Van de vijf eigenschappen die cruciaal zijn voor halfgeleiders, is een hoge kritische elektrische veldsterkte het grootste voordeel van bèta-galliumoxide. Dit zou kunnen helpen bij de ontwikkeling van hoogspanningsschakelaars en zou betekenen dat er krachtige RF-apparaten op basis daarvan ontworpen kunnen worden. Het grootste nadeel van bèta-galliumoxide is echter de lage thermische geleidbaarheid, waardoor warmte in het apparaat kan worden vastgehouden.  
Een prettige eigenschap van galliumoxide is dat je er ladingsdragers aan kunt toevoegen om het geleidender te maken via een proces dat doteren heet. Doteren houdt in dat gecontroleerde hoeveelheden onzuiverheden aan een kristal worden toegevoegd om de concentratie van ladingsdragers in de halfgeleider te regelen. In silicium kun je bijvoorbeeld ionenimplantatie gevolgd door gloeien gebruiken om het kristal te doteren met fosfor (waardoor vrije elektronen worden toegevoegd) of boor (waardoor ze worden verwijderd), waardoor ladingen zich vrij in het kristal kunnen bewegen. In Ga2O3 voeg je op een vergelijkbare manier elektronen toe.  
Maar als je deze aanpak probeert toe te passen op andere oxiden met een brede bandgap, krijg je mogelijk gebroken kristallen en plekken in het rooster waar ladingen vast komen te zitten.  
De aanpasbaarheid van galliumoxide aan de toevoeging van doteringsmiddelen via standaardprocessen (ionenimplantatie genoemd) en tijdens epitaxiale groei (het afzetten van extra kristallen) stelt ons in staat gebruik te maken van een aantal gevestigde commerciële lithografie- en procestechnologieën. Deze methoden maken het relatief eenvoudig om transistorafmetingen nauwkeurig te definiëren in tientallen nanometers en een verscheidenheid aan apparaattopologieën te genereren. Andere halfgeleidermaterialen met een brede bandkloof beschikken echter niet over deze ongelooflijk nuttige eigenschap. Zelfs GaN kan dit niet.  
Een ander voordeel van galliumoxide is dat, voor dit soort materialen, grote siliciumwafers van kristallijn Ga2O3 relatief eenvoudig te produceren zijn. Hoewel er verschillende soorten Ga2O3-kristallen bestaan, is de meest stabiele variant de β-vorm, gevolgd door de ε- en α-vorm. Van deze kristallen is β-Ga2O3 het meest onderzocht, met name dankzij de inspanningen van instellingen zoals het National Institute of Materials Science in Tsukuba, Japan en het Leibniz-Institut für Kristallzüchtung in Berlijn.  
Het meest aantrekkelijke aspect van β-Ga2O3 is de thermische stabiliteit, waardoor het kan worden geproduceerd met behulp van een aantal reeds veelgebruikte technieken, waaronder de Czochralski-methode voor de productie van siliciumwafers. We kunnen ook een kristalgroeitechniek gebruiken die edge-defined, film-fed wordt genoemd. Tegenwoordig kunnen kristallen zelfs worden gekweekt met behulp van de zeer schaalbare verticale Bridgman-Stockbarger-techniek.  
Het is moeilijk te overschatten hoe anders deze situatie is dan bij andere halfgeleiders met een brede bandgap. Vanuit het huidige perspectief hebben de meeste opkomende halfgeleiders met een brede bandgap, met uitzondering van siliciumcarbide (SiC), geen grote substraten waarop grote kristallen kunnen worden gekweekt. Dit betekent dat ze moeten groeien op een schijf van een ander materiaal, wat kosten met zich meebrengt. Galliumnitride wordt bijvoorbeeld doorgaans gekweekt op substraten van silicium, siliciumcarbide of saffier in een complex proces. Maar de kristalstructuur van deze substraten is duidelijk anders dan die van GaN, en dit verschil kan een "roosterverschil" creëren tussen het substraat en GaN, met als gevolg een groot aantal defecten. Deze defecten veroorzaakten veel problemen voor de geproduceerde apparatuur. Omdat Ga2O3 als zijn eigen substraat fungeert, zijn er geen roosterverschillen en dus geen defecten. Het Japanse bedrijf Novel Crystal Technology heeft 150 mm β-Ga2O3 gedemonstreerd.  
bij het Japan Institute of Information and Communications Technology (NICT)Masataka HigashiwakiHij was de eerste die het potentieel van β-Ga2O3 in vermogensschakeltoepassingen inzag. In 2012 schokte hij de hele sector van vermogenscomponenten toen zijn onderzoeksgroep de eerste β-Ga2O3-transistor met een enkel kristal rapporteerde. Hoe goed is dit product? Een van de belangrijkste specificaties van een vermogenstransistor is bijvoorbeeld de doorslagspanning, een kritiek punt waarop het vermogen van de halfgeleider om de stroom te stoppen, ophoudt te bestaan. De doorslagspanning van de baanbrekende transistor die door Higashiwaki werd geïntroduceerd, is hoger dan 250V. Ter vergelijking: het duurde bijna twee decennia voordat GaN dit bereikte.  
In hun baanbrekende werk beschreven Higashiwaki dat ze ook het vermogensverlies van het apparaat aanzienlijk verminderden door gebruik te maken van een materiaal met een hoge kritische elektrische veldsterkte. Deze eigenschap, bekend als Ec, is de ware superkracht van galliumoxide.  
Simpel gezegd: als je een materiaal tussen twee geleiders plaatst en de spanning verhoogt, is Ec het elektrische veld waarbij het materiaal elektriciteit begint te geleiden. Deze spanning kan echter soms desastreuze gevolgen hebben. De kritische veldsterkte van silicium wordt doorgaans gemeten in honderden kilovolt per centimeter, terwijl die van Ga2O3 8 megavolt per centimeter bedraagt.  
 

Afbeelding: Onderzoekslaboratorium van de luchtmacht

Hoogspanningsheld: Deze galliumoxide-transistor, afgebeeld hierboven (weergegeven in twee vergrotingen (a en b) en in dwarsdoorsnede (c)), handhaaft spanningen van meer dan 200 volt binnen een afmeting van slechts 600 nanometer.

Bij ideale vermogensschakeltransistoren is een zeer hoge E een van de grootste voordelen. Idealiter schakelt het apparaat direct tussen twee toestanden: altijd aan (geleiding zonder weerstand) en altijd uit (helemaal geen geleiding). Deze twee uitersten vereisen twee totaal verschillende apparaatgeometrieën. Voor de uit-stand is een dikkere materiaallaag tussen de source en de drain van de transistor nodig om geleiding te voorkomen en grote spanningen te blokkeren. Voor de aan-stand is een oneindig dun oppervlak nodig, zodat er geen weerstand is.  
Natuurlijk kun je niet beide hebben. De kritische elektrische veldsterkte van het materiaal bepaalt hoe dun het gebied daadwerkelijk gemaakt kan worden om nog steeds afgesloten te kunnen worden.  
De belangrijkste indicator voor laagfrequente vermogensschakelende halfgeleiders is de Baliga-kwaliteitsfactor, genoemd naar B. Jayant Baliga, ontvanger van de IEEE Medal of Honor. Deze factor geeft in essentie aan hoe goed de output van het apparaat de details van het ingangssignaal bij hoge spanningen reproduceert. Dit is een zeer belangrijke eigenschap voor transistoren die als schakelaars werken bij frequenties tot in het kilohertzbereik. Dergelijke apparaten worden gebruikt in multi-kilovolt onderstations, hoogenergetische fotonengeneratoren voor medische beeldvorming en vermogensomvormers voor elektrische voertuigen en industriële motoraandrijvingen.  
Ga2O3 heeft voor al deze toepassingen en meer natuurlijke voordelen. Bij deze frequenties is de kwaliteitsfactor evenredig met de derde macht van het kritische elektrische veld. Zo'n hoge Ec betekent een goede kwaliteitsfactor.  
De wiskundige berekening is gebaseerd op het feit dat deze schakelaar het grootste deel van de tijd volledig aan of volledig uit staat, en slechts zeer weinig tijd besteedt aan het schakelen tussen de twee standen. Het grootste deel van het vermogensverlies bestaat dus uit de stroom die van de weerstand naar het moment dat het apparaat wordt ingeschakeld loopt. Wanneer Ec hoog is, kunnen dunnere componenten worden gebruikt, wat een lagere weerstand betekent.  
De boodschap van Higashiwaki's werk is eenvoudig: je kunt krachtige, hoge elektrische veldsterktes gebruiken om hoogspanningsschakelingen te realiseren met weinig vermogensverlies bij lage frequenties. Andere onderzoeksgroepen begrepen de boodschap al snel. In 2013 hadden onderzoekers een metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistor (MOSFET) gedemonstreerd met een doorslagspanning van 370V. In 2016 gebruikte Man Hoi Wong, destijds onderdeel van de Higashiwaki-groep van NICT, een extra structuur genaamd veldplating om de spanning boven de 750V te brengen. Het is opmerkelijk hoe gemakkelijk Ga2O3 hogere bedrijfsspanningen kan bereiken in vergelijking met andere apparaten. Onderzoek naar materialen heeft in slechts enkele jaren een enorme vooruitgang geboekt, terwijl de ontwikkeling van GaN-blad tientallen jaren in beslag nam.  
Zou Ga2O3 bruikbaar zijn in toepassingen met snel schakelende voedingen? Dit is een ander punt waar iedereen op let. Het moet benadrukt worden dat Ec hier ook erg belangrijk is en grote voordelen kan opleveren voor Ga2O3.  
Bij hogere frequenties (zoals 100 Hz tot 1 MHz) neemt de tijd die een apparaat nodig heeft om aan en uit te schakelen evenredig toe. De verliezen tijdens het schakelen zijn het product van de weerstand van het apparaat en de hoeveelheid lading die zich op de gate van de transistor moet ophopen om te schakelen. Dit betekent dat de verliezen evenredig zijn met het kwadraat van de kritische elektrische veldsterkte, en niet met de derde macht bij lage frequenties.  
    Afbeelding: Onderzoekslaboratorium van de luchtmacht  
De afbeelding hierboven toont galliumoxide.Mogelijke RF-toepassingenEen klein (intrinsiek) onderdeel van deze vroege galliumoxide RF-transistor was belangrijk voor de werking ervan. Het verlagen van de parasitaire weerstand in het apparaat kan het vermogen en de frequentie verhogen.  
U zult merken dat zelfs bij een simpele toepassing zoals een oplader voor een mobiele telefoon, sneller schakelende voedingen meer voordelen opleveren. Een schakelende voeding werkt door eerst de wisselspanning uit het stopcontact gelijk te zetten en deze vervolgens om te zetten in een hoogfrequent signaal. De transformator verlaagt de spanning tot het gewenste niveau en ten slotte wordt het signaal gelijkgericht en gefilterd. De grootste onderdelen van het systeem zijn de transformatoren en andere passieve componenten; kleinere componenten kunnen alleen worden gebruikt naarmate de frequentie toeneemt. En als u hogere frequenties wilt, kunt u een halfgeleider met een bredere bandgap en een hoger kritisch elektrisch veld gebruiken om dit efficiënter te bereiken en tegelijkertijd de warmteafvoer te vereenvoudigen.  
Een siliciumomvormer van 1200 V die schakelt op 20 kHz kan bijvoorbeeld ongeveer 3 kW vermogen leveren. Een siliciumcarbide-omvormer die op 150 kHz schakelt en hetzelfde vermogen levert, kan echter op een hogere temperatuur werken in een behuizing die een derde kleiner is. Ter vergelijking: omvormers op basis van Ga2O3 kunnen werken op frequenties van bijna megahertz en kunnen half zo klein zijn (hoewel dit magnetische componenten zou vereisen die nog niet zijn uitgevonden).  
Samenvattend komen de ware elektronische eigenschappen van materialen zoals Ga2O3 voort uit het volledig benutten van hun kritische elektrische veldsterkte. Maar wat is die waarde precies? Tot 2015 had geen enkele onderzoeksgroep daadwerkelijke metingen verricht van de veldsterktes die met dit materiaal bereikt kunnen worden. Net als bij andere apparaten liggen de voorlopige resultaten nog ver verwijderd van de theoretische limieten.  
Mijn collega's en ik staan ​​voor deze uitdaging tijdens ons werk bij het Air Force Research Laboratory op Wright-Patterson Air Force Base in Ohio. Het eerste probleem waar we tegenaan liepen, was dat elk apparaat dat gemaakt is van materialen met zulke hoge veldsterktes de limieten van de bestaande testapparatuur zou kunnen overschrijden. In principe kunnen materialen van 2 micron immers meer dan 1.5 kV blokkeren! Daarom hebben we een eenvoudige MOSFET gebouwd waarvan de geometrie is verkleind om de spanning te verlagen. De afstand tussen gate en drain, waar het elektrische veld het hoogst is, bedraagt ​​slechts 600 nanometer. Dit is deels om het meten van de piek-E_c te vergemakkelijken, maar ook omdat we het apparaat willen kunnen testen op RF-frequenties, wat met grotere, hoogspanningsontwerpen niet mogelijk is.  
In deze eerste demonstratie bleken de transistors bestand tegen 230 V, wat de limiet is van RF-testapparatuur. Het gemiddelde gegenereerde elektrische veld bedraagt ​​minstens 3.8 MV/cm, en simulaties tonen aan dat het piek-interne elektrische veld minstens 5.3 MV/cm is. (We zullen de volledige 8 MV/cm nooit in een FET waarnemen.) Dit is de eerste experimentele demonstratie dat Ga2O3 een hogere theoretische EC-waarde heeft dan GaN (ongeveer 3.3 MV/cm). Anders gezegd: de gate-drain-afstand van een GaN-vermogenstransistor met een nominale bedrijfsspanning van 600 V is doorgaans ongeveer 15 tot 20 µm, en onze golflengte is 600 nm.  
Na deze conclusie ontwikkelde de ontwikkeling van vermogensschakeltransistoren zich in een alarmerend tempo. In 2017 produceerden we MOSFET's met doorslagspanningen van meer dan 600V. Begin 2018 bereikten we met MOSFET's van verschillende geometrieën waarden voor hoogfrequente verliezen die de theoretische limieten van silicium evenaarden of zelfs overtroffen. Bovendien hebben we nu een duidelijke route om de komende jaren de nieuwste GaN-waarden te evenaren of te overtreffen.  
    Foto: Nieuwe kristaltechnologie  
In tegenstelling tot veel halfgeleiders met een brede bandgap, kunnen galliumoxide-wafers worden gemaakt met vrijwel hetzelfde proces als siliciumwafers. Dit betekent dat defectvrije apparaten relatief goedkoop kunnen worden.  
Toen we in 2015 de elektrische veldsterkte (E) van vermogensschakelaars maten, speculeerden we ook dat Ga2O3 mogelijk vergelijkbaar succes zou kunnen boeken in RF-circuits, wederom door hogere elektrische velden in kleinere componenten mogelijk te maken. Destijds ontbrak echter cruciale informatie: er waren geen gepubliceerde gegevens over de elektronensnelheid in het materiaal als functie van het elektrische veld.  
De snelheid van elektronen is met name belangrijk in transistoren die worden gebruikt om radiofrequente signalen te versterken. Bij RF-signalen zijn een hoog uitgangsvermogen en een hoge frequentie de doelen, en Johnsons kwaliteitsfactor (JFOM) vat deze doelen samen. JFOM stelt dat het product van vermogen en frequentie van een RF-transistor evenredig is met het product van de maximale snelheid van ladingsdragers in het halfgeleidermateriaal en Ec. Het belangrijkste dat we hier moeten weten, is dat er in een RF-transistor alleen versterking optreedt als de ladingsdragers de volledige stroom van source naar drain kunnen afleggen voordat de polariteit van de RF-golfvorm omslaat. (De hoogste frequentie waarbij dit gebeurt, wordt de eenheidsstroomversterkingsfrequentie, of fT, genoemd.)
Ook hier speelt het hoge kritische elektrische veld van Ga2O3 een rol, omdat je die kritische afstand kunt verkleinen en toch een sterk elektrisch veld kunt creëren om elektronen tot hun maximale snelheid te versnellen.  
Bij AFRL slaagden we er in 2017 in om de eerste submicron galliumoxide RF MOSFET te demonstreren. Deze apparaten lieten indrukwekkende resultaten zien, hoewel ze niet tot de absolute top van de GaN-technologie behoren. Hun eenheidsstroomversterkingsfrequentie is 3 GHz, hun maximale oscillatiefrequentie is 13 GHz en hun uitgangsvermogensdichtheid is 230 mW/mm bij 800 MHz. Sindsdien heeft AFRL een gepulseerde RF-vermogensdichtheid van meer dan 500 mW/mm bij 1 GHz bereikt, met een maximale oscillatiefrequentie die de 20 GHz benadert.  
Nog bemoedigender is dat rond dezelfde tijd theoretische berekeningen van Krishnandu Ghosh en Uttam Singisetti (Universiteit van Buffalo) aantoonden dat de JFOM-waarden van galliumoxide aanzienlijk beter zijn dan die van galliumnitride.  
Sinds de eerste demonstratie van RF-mogelijkheden in 2017 heeft de RF Ga2O3-technologie enorme vooruitgang geboekt, eerst met Sriram Krishnamoorthy en vervolgens met het team van Siddharth Rajan aan de Ohio State University, die nieuwe en verbeterde doteringstechnieken demonstreerden. Deze technologieën zijn afgeleid van silicium, waardoor de resulterende weerstand in het materiaal waar geleiding plaatsvindt zeer laag is, ongeveer 300 ohm per vierkante meter. (Ja, dat is de juiste eenheid.) Dit is vergelijkbaar met wat je aantreft in galliumnitride-apparaten. Kort na het behalen van dit resultaat demonstreerden Rajan en onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, onafhankelijk van elkaar Ga2O3 als een high electron mobility transistor (HEMT). D: agHEMT
Dit type apparaat wordt meestal gemaakt van galliumarsenide of galliumnitride, en radiofrequenties zijn cruciaal voor zowel mobiele telefoons als satelliet-tv-ontvangers. Dergelijke apparaten geleiden via een tweedimensionaal elektronengas dat zich vormt op het scherpe grensvlak tussen twee halfgeleiders met verschillende bandkloven. In dit geval gaat het om aluminiumgalliumoxide en galliumoxide, wat exact overeenkomt met de commerciële aluminiumgalliumarsenide/galliumarsenide HEMT-technologie in smartphones. Deze belangrijke doorbraken bieden een pad voor verticale en horizontale uitbreiding van RF-apparatuur.  
Hoewel deze ontwikkelingen bemoedigend zijn, zal Ga2O3 waarschijnlijk niet in elke RF-toepassing een geduchte concurrent zijn voor galliumarsenide (GaAs) of GaN. Als fundamenteel goede schakelaar verwachten we echter voordelen in schakelende versterkers zoals klasse D, E of F. Ga2O3 heeft een zeer lage aanweerstand en kan een zeer hoog rendement behalen met een lage stroomsterkte en een hoge doorslagspanning. Aan de andere kant zullen toepassingen die een lagere impedantie en een hoge stroomsterkte vereisen, de voorkeur geven aan GaN, voornamelijk vanwege de hogere ladingsdragerbewegelijkheid en ladingsdragerdichtheid.  
         

SoGa2O3Welke uitdagingen zal het tegenkomen?

Het eerste wat gezegd moet worden, is dat de achilleshiel van dit materiaal de slechte, zelfs bijzonder slechte, warmtegeleiding is. Sterker nog, van alle halfgeleiders die worden overwogen voor RF-versterking of vermogensschakeling, is dit de slechtste. De thermische geleidbaarheid van galliumoxide is slechts een zesde van die van diamant, een tiende van die van SiC (het substraat voor hoogwaardige RF GaN) en een vijfde van die van silicium. Interessant genoeg is deze vergelijkbaar met RF GaAs. Een lage thermische geleidbaarheid betekent dat de warmte die in de transistor wordt gegenereerd, daar waarschijnlijk blijft, wat de levensduur van het apparaat aanzienlijk kan beperken.  
Laten we dit eens bekijken: om de thermische geleidbaarheid van een materiaal echt te kunnen vergelijken met die van een apparaat, moet je deze normaliseren ten opzichte van het vermogen dat het materiaal kan verwerken. Met andere woorden, je moet E delen door C om thermische problemen in echte apparaten nauwkeurig te kunnen vergelijken. Als je dat doet, blijkt dat elke halfgeleider met een bandgap groter dan die van silicium problemen heeft met warmteafvoer wanneer deze zijn volledige potentieel bereikt, zelfs diamant. Hoewel dit feit Ga2O3 nog steeds niet echt helpt, motiveert het ons wel om betere manieren te vinden om warmte af te voeren.  
Onderzoekers van het NICT-laboratorium in Tokio hebben bijvoorbeeld de thermische weerstand van het apparaat aanzienlijk verbeterd door p-type polykristallijn SiC aan de achterkant van een Ga2O3-siliciumwafer van slechts ongeveer 10 micron te hechten. En, wetende dat bij bepaalde apparaattopologieën vrijwel alle warmte in de bovenste 1 µm van het materiaal wordt gegenereerd, behaalden AFRL-onderzoekers veelbelovende resultaten door het effect van elektrodecontact te simuleren en diëlektrische vulstoffen te gebruiken om de warmte naar een koelplaat af te voeren. Deze techniek wordt tegenwoordig gebruikt in commerciële galliumarsenide-heterojunctie-bipolaire transistoren. Ondanks de thermische uitdagingen van Ga2O3 werken slimme ingenieurs er dus aan.  
Een ander, fundamenteler probleem is dat we galliumoxide alleen elektronen kunnen laten geleiden en geen gaten. Niemand kan een goede p-type geleider maken van Ga2O3. En, frustrerend genoeg, bieden de basis elektronische eigenschappen van het materiaal weinig perspectief. Met name de vorm van de gatengeleiding in het valentiebandgedeelte van de bandstructuur van het materiaal is onjuist. Zelfs als er een doteringsmiddel aanwezig is dat ervoor zorgt dat de receptor zich op het juiste energieniveau bevindt, zullen de gevormde gaten zichzelf naar verwachting invangen voordat ze kunnen bijdragen aan de geleiding. Wanneer theorie en data zo consistent zijn, is het moeilijk te zeggen dat er een oplossing is voor dit tekort.  
Hoewel deze kwetsbaarheid extra uitdagingen met zich meebrengt, is het niet allemaal rozengeur en zonneschijn. Veel zogenaamde apparaten die alleen met de meerderheidspoort werken, zijn commercieel succesvol gebleken. Kijk bijvoorbeeld maar eens naar alle USB-C-wandladers die er te vinden zijn.  
De onderzoeksfase van de Ga2O3-apparaattechnologie begint nu een kritische massa te bereiken, en we richten ons nu op de toepassingsmogelijkheden voor snel schakelende, multi-kilovolt vermogenstransistors en RF-apparaten. Er verschijnen regelmatig nieuwe demonstraties van apparatuur in de kilovoltklasse. RF-transistors met kritische afmetingen in de orde van tientallen nanometers zullen binnenkort beschikbaar komen. Naarmate we deze technologie verder ontwikkelen, denken we dat we apparaattopologieën kunnen realiseren die voorheen met geen enkel ander materiaal mogelijk waren.  
 

Natuurlijk zullen we gaandeweg wel wat dingen kapotmaken (vooral diëlektrische materialen). Maar dat is nu eenmaal de definitie van disruptieve technologie. We ruilen onze kennis in voor potentiële prestaties. Momenteel wegen de potentiële prestaties van Ga2O3 ruimschoots op tegen de problemen.

Disclaimer: Dit artikel is overgenomen uit "Semiconductor Industry Observation", een platform dat de bescherming van intellectuele eigendomsrechten ondersteunt. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk op het auteursrecht contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.

Telefoonnummer van het bedrijf: +86-0755-83044319
Fax: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
Vraag: 3518641314 Manager Li

Vraag: 332496225 Manager Qiu

Adres: Kamer 809, Gebouw C, Zhantao Technologiegebouw, Minzhilaan 1079, Longhua Nieuw District, Shenzhen