Gli ossidi semiconduttori sono una nuova classe di materiali che stanno attualmente riscuotendo grande attenzione nel campo della tecnologia dei semiconduttori. L'ossido di gallio è l'esempio archetipico per la sua capacità di gestire tensioni estremamente elevate e la sua trasparenza ottica nella regione dell'ultravioletto profondo, promettendo così una generazione di componenti elettronici con prestazioni senza precedenti. Tali componenti sono basati su molto sottili, strati di semiconduttori ultrapuri prodotti con metodi di deposizione speciali. I fisici del Paul Drude Institute for Solid State Electronics (PDI) hanno ora drasticamente aumentato la resa di ossido di gallio con un effetto catalitico osservato per la prima volta durante la crescita dei cristalli. Questo effetto non è solo una nuova scoperta; può essere portato anche su altri materiali con proprietà simili a quelle dell'ossido di gallio. I risultati vengono visualizzati in Lettere di revisione fisica .

La deposizione fisica da vapore (PVD) è una delle tecnologie chiave nella produzione di sottili, strati di semiconduttori altamente puri. Una forma particolare di PVD è l'epitassia a fascio molecolare (MBE), che i fisici usavano nelle loro ricerche. La chimica di reazione durante MBE è molto più semplice che in altri, tecnologie di produzione di semiconduttori più complesse. I ricercatori PDI non si aspettavano quindi di osservare un effetto catalitico durante il processo MBE. Hanno dichiarato questo fenomeno come un nuovo meccanismo, che hanno soprannominato catalisi a scambio metallico.

I loro esperimenti hanno rivelato che l'aggiunta dell'elemento indio aumenta drasticamente il tasso di crescita dell'ossido di gallio durante l'MBE. Hanno anche rivelato che, in presenza di indio, l'ossido di gallio si forma ancora in condizioni in cui non potrebbe mai formarsi senza l'elemento aggiunto. Inoltre, l'ossido di gallio forma una speciale struttura cristallina che è particolarmente adatta allo sviluppo delle cosiddette eterostrutture di strati di ossido di gallio e di ossido di indio che sono essenziali in molti componenti.

Data la semplice chimica di reazione di MBE, i ricercatori sono convinti che l'effetto osservato sia generalmente valido e quindi applicabile a tutti i materiali che possiedono proprietà simili a quelle dell'ossido di gallio. Primo autore dello studio Dr. Patrick Vogt, chi ricerca al PDI, aggiunge che "la catalisi a scambio di metalli scoperta offre un approccio completamente nuovo alla crescita di materiali cristallini, e molto probabilmente apre una nuova strada verso componenti a semiconduttore precedentemente inimmaginabili."

Patrick Vogt è uno scienziato junior e un fisico di formazione. Ha completato il suo dottorato al PDI sul tema della chimica fisica e della fisica dei semiconduttori - nell'ambito del Leibniz ScienceCampus GraFOx. GraFOx è una rete interdisciplinare collaborativa per il massimo livello, ricerca di materiali innovativi, specificamente dedicato agli ossidi.