| Разработчики: | НИТУ МИСиС (Национальный исследовательский технологический университет), Совершенные Кристаллы (Perfect Crystals) |
| Дата премьеры системы: | 2022/12/28 |
| Отрасли: | Электротехника и микроэлектроника |
Основные статьи:
2022: Создание широкозонного полупроводника с «дырочной» проводимостью
Группа российских ученых Университета МИСИС и компании «Совершенные кристаллы» впервые получила двумерный дырочный газ в гетероструктурах на широкозонном полупроводнике – κ-оксиде галия, с предсказанными свойствами. Об этом 28 декабря 2022 года TAdviser сообщили представители МИСИС. Согласно выводам исследователей, результат работы открывает перспективы использования оксида галлия в силовой полупроводниковой электронике.
По словам ученых, в силовой полупроводниковой электронике, как и во многих других областях полупроводниковой электроники, возможности кремния – основного полупроводникового материала, оказались практически исчерпанными. Возможной альтернативой кремнию выступают широкозонные материалы, которые способны выдерживать значительно большие напряжения, сохранять рабочие характеристики приборов при более высоких температурах.
 | Чем больше ширина запрещённой зоны, тем более высокое напряжение можно приложить к контактам прибора, не вызывая электрического пробоя, и тем ближе можно расположить контакты, уменьшая сопротивление, а значит, электрические потери мощности, и тем при более высокой температуре устройство будет сохранять свою работоспособность, – уточнили исследователи. |  |
Одним из перспективных представителей широкозонных полупроводников является оксид галлия (Ga2O3). Изучать его начали относительно недавно – в 2006 году на нем сделали первый лабораторный полевой транзистор. Материал привлекает ученых тем, что способен выдерживать электрическое поле до 8 MВ/см (против 0,3 МВ/см у кремния), его можно выращивать дешевыми способами и при этом получать большие кристаллы высокого качества.
А, например, κ-полиморфная модификация оксида галлия (κ-Ga2O3) является ферроэлектрической фазой – обладает спонтанной поляризацией и позволяет создавать полевые транзисторы c высокой плотностью и подвижностью носителей в канале (HEMT транзистор).
| | «κ-Ga2O3 выглядит достойным кандидатом на ведущую роль в силовой электронике, поскольку существование высокой спонтанной поляризации в κ-Ga2O3 делает возможным изготавливать полевые транзисторы на гетеропереходах с очень большими токами насыщения при высоких напряжениях пробоя без дополнительного легирования канала силового транзистора на таком гетеропереходе», — рассказал соавтор исследования, инженер научного проекта лаборатории ультраширокозонных полупроводников НИТУ МИСИС Антон Васильев. | |
Российские ученые совместно с коллегами из компании «Совершенные кристаллы» вырастили пленку оксида галлия (κ-Ga2O3) на подложке нитрида алюминия (AlN) и подробно изучили структуру и ее электрические свойства. Особенность исследования заключается в том, что научная группа впервые экспериментально подтвердила возможность получения двумерного газа, образующегося на гетерогранице пленки κ-Ga2O3 с другими широкозонными полупроводниками.
| | «Мы обнаружили необычное поведение структуры – оно заключалось в выпрямлении диода по току, словно материал обладал дырочной проводимостью. Это указывало на существование необычных эффектов на границе κ-Ga2O3/AlN, поскольку ранее получить дырочную проводимость в Ga2O3 никому не удавалось. Дальнейшие детальные исследования материала подтвердили нашу догадку о ключевой роли носителей заряда, образующихся на границе κ-Ga2O3 и AlN», — добавил Антон Васильев. | |
Ученые предположили, что несвойственный для пленки κ-Ga2O3 p-тип проводимости – дырочный тип проводимости, в котором основным источником заряда являются дырки, а не электроны, связан с образованием в гетероструктуре двумерного дырочного газа (2DHG).
| | «Моделирование структуры подтвердило предложенный нами механизм. Этот эффект в гетероструктуре возник из-за спонтанной поляризации в κ-Ga2O3. Заряд поляризации материала был скомпенсирован положительным зарядом дырок на гетерогранице – это называется двумерным дырочным газом (2DHG). Тот эффект, что мы наблюдали показывает возможность создания транзистора с высокой подвижностью носителей заряда для κ-Ga2O3», — заключил соавтор исследования Антон Васильев. | |
В будущем ученые планируют продолжать изучать свойства данной структуры подробнее: создавать похожие гетероструктуры, но с помощью превращения β-Ga2O3 в κ-Ga2O3, и добавлением большой дозы галлия, никеля, кислорода и золота. Исследование выполнено в рамках национального проекта «Наука и университеты». Результаты работы опубликованы в научном журнале Alloys and compounds.
