nitruro di gallio, un semiconduttore che ha rivoluzionato l'illuminazione a LED ad alta efficienza energetica, potrebbe anche trasformare l'elettronica e la comunicazione wireless, grazie a una scoperta fatta dai ricercatori Cornell.

La loro carta, "Un gas foro 2-D indotto dalla polarizzazione in pozzi quantici di nitruro di gallio non drogato, " è stato pubblicato il 26 settembre in Scienza .

Il silicio è stato a lungo il re dei semiconduttori, ma ha avuto un piccolo aiuto. La materia pura è spesso aumentata, o "drogato, " con impurità come fosforo o boro per migliorare il flusso di corrente fornendo cariche negative (elettroni) o cariche positive ("buchi, "l'assenza di elettroni) secondo necessità.

Negli ultimi anni, una più recente, è emersa una famiglia più robusta di materiali semiconduttori composti coltivati ​​in laboratorio:i nitruri del gruppo III. Il nitruro di gallio (GaN) e il nitruro di alluminio (AlN) e le loro leghe hanno un bandgap più ampio, consentendo loro di resistere a tensioni maggiori e frequenze più elevate per un più veloce, trasmissione di energia più efficiente.

"Il silicio è molto bravo a spegnere e accendere e controllare il flusso di energia elettrica, ma quando lo porti ad alte tensioni non funziona molto bene perché il silicio ha una debole resistenza elettrica, considerando che il GaN può sostenere campi elettrici molto più elevati, " ha detto il co-autore senior Debdeep Jena, professore di ingegneria elettrica e informatica e di scienza e ingegneria dei materiali "Se stai facendo grandi quantità di conversione di energia, quindi i semiconduttori a banda larga come GaN e carburo di silicio sono le soluzioni".

Piuttosto che usare le impurità, dottorato di ricerca studente Reet Chaudhuri, l'autore principale del giornale, impilato un sottile strato di cristallo di GaN, chiamato pozzo quantico, sopra un cristallo di AlN, e si è scoperto che la differenza nelle loro strutture cristalline genera un'alta densità di fori mobili. Rispetto al drogaggio di magnesio, i ricercatori hanno scoperto che il gas del foro 2-D risultante rende le strutture di GaN quasi 10 volte più conduttive.

Utilizzando la nuova struttura del materiale creata da Chaudhuri, coautore e Ph.D. lo studente Samuel James Bader ha recentemente dimostrato alcuni dei transistor GaN di tipo p più efficienti in un progetto in collaborazione con Intel. Ora che il team ha la capacità di realizzare transistor a canale foro, che sono chiamati di tipo p, hanno in programma di accoppiarli con transistor di tipo n per formare circuiti più complessi, aprendo nuove possibilità nella commutazione ad alta potenza, Tecnologia cellulare 5G ed elettronica ad alta efficienza energetica, inclusi caricabatterie per telefono e laptop.

"È molto difficile ottenere contemporaneamente il tipo n e il tipo p in un semiconduttore a banda proibita ampia. In questo momento, il carburo di silicio è l'unico altro che ha entrambi oltre al GaN. Ma gli elettroni mobili nel carburo di silicio sono più lenti di quelli in GaN, " ha detto il co-autore senior Huili Grace Xing, professore di ingegneria elettrica e informatica e di scienza e ingegneria dei materiali. "Utilizzando queste operazioni complementari abilitate da dispositivi sia di tipo n che di tipo p, è possibile costruire un'architettura molto più efficiente dal punto di vista energetico."

Un altro vantaggio del gas foro 2-D è che la sua conduttività migliora con l'abbassamento della temperatura, il che significa che i ricercatori saranno ora in grado di studiare le proprietà fondamentali del GaN in modi che prima non erano possibili. Altrettanto importante è la sua capacità di trattenere l'energia che altrimenti andrebbe persa in sistemi di alimentazione meno efficienti.

Una domanda di brevetto è stata depositata attraverso il Center for Technology Licensing per la scoperta.