Nei dispositivi microelettronici, il bandgap è un fattore importante che determina la conduttività elettrica dei materiali sottostanti. Le sostanze con grandi bande proibite sono generalmente isolanti che non conducono bene l'elettricità, e quelli con bandgap più piccoli sono semiconduttori. Una classe più recente di semiconduttori con bandgap ultralargo (UWB) è in grado di funzionare a temperature e potenze molto più elevate rispetto ai tradizionali chip a base di silicio a banda proibita realizzati con materiali a banda proibita maturi come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN).

Nel Rivista di fisica applicata , ricercatori dell'Università della Florida, il Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti e l'Università della Corea forniscono una prospettiva dettagliata sulle proprietà, capacità, limiti attuali e sviluppi futuri per uno dei composti UWB più promettenti, ossido di gallio (Ga2O3).

L'ossido di gallio possiede un bandgap estremamente ampio di 4,8 elettronvolt (eV) che sminuisce l'1,1 eV del silicio e supera i 3,3 eV esibiti da SiC e GaN. La differenza conferisce a Ga2O3 la capacità di resistere a un campo elettrico più ampio del silicio, SiC e GaN possono senza rompersi. Per di più, Ga2O3 gestisce la stessa quantità di tensione su una distanza più breve. Questo lo rende prezioso per la produzione di piccoli, transistor ad alta potenza più efficienti.

"L'ossido di gallio offre ai produttori di semiconduttori un substrato altamente applicabile per dispositivi microelettronici, " ha detto Stephen Pearton, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università della Florida e autore del documento. "Il composto sembra ideale per l'uso in sistemi di distribuzione dell'energia che caricano auto elettriche o convertitori che spostano l'elettricità nella rete elettrica da fonti energetiche alternative come le turbine eoliche".

Pearton e i suoi colleghi hanno anche esaminato il potenziale del Ga2O3 come base per i transistor ad effetto di campo a semiconduttore di ossido di metallo, meglio conosciuti come MOSFET. "Tradizionalmente, questi minuscoli interruttori elettronici sono realizzati in silicio per l'uso nei laptop, smartphone e altri dispositivi elettronici, " Ha detto Pearton. "Per sistemi come stazioni di ricarica per auto elettriche, abbiamo bisogno di MOSFET in grado di funzionare a livelli di potenza più elevati rispetto ai dispositivi a base di silicio ed è qui che l'ossido di gallio potrebbe essere la soluzione".

Per ottenere questi MOSFET avanzati, gli autori hanno determinato che sono necessari dielettrici di gate migliorati, insieme ad approcci di gestione termica che estrarranno più efficacemente il calore dai dispositivi. Pearton ha concluso che Ga2O3 non sostituirà SiC e GaN come i prossimi materiali semiconduttori primari dopo il silicio, ma più probabilmente giocherà un ruolo nell'estensione della gamma di potenze e tensioni accessibili ai sistemi a banda proibita ultralarga.

"L'applicazione più promettente potrebbe essere quella dei raddrizzatori ad alta tensione nei sistemi di condizionamento e distribuzione dell'energia come le auto elettriche e i sistemi solari fotovoltaici, " Egli ha detto.