Un metodo semplice che utilizza l'acido cloridrico può controllare meglio la struttura cristallina di un comune semiconduttore e promette nuove applicazioni elettroniche ad alta potenza.

I componenti elettronici utilizzati nei computer e nei dispositivi mobili funzionano a una potenza relativamente inferiore. Ma le applicazioni ad alta potenza, come il controllo delle reti elettriche, richiedono materiali alternativi in ​​grado di far fronte a tensioni molto più elevate. Per esempio, un materiale isolante inizia a condurre elettricità quando il campo è sufficientemente alto, un effetto noto come guasto elettrico. Per questa ragione, l'elettronica di potenza spesso utilizza semiconduttori a base di nitruro, come il nitruro di gallio, che hanno un campo di rottura molto elevato e possono essere cresciuti epitassialmente per creare semiconduttori multistrato.

Però, la sempre maggiore richiesta di energia e il desiderio di rendere più efficiente la distribuzione dell'energia elettrica richiedono materiali elettricamente ancora più robusti. Ossido di gallio (Ga ₂ oh ₃ ) ha un campo di rottura teorico più del doppio di quello delle leghe di nitruro di gallio e quindi è emerso come un candidato interessante per questa funzione. L'ultima sfida, tuttavia, è un modo semplice per depositare ossido di gallio di alta qualità sui substrati comunemente usati per l'elettronica di potenza, come lo zaffiro.

Haiding Sun, Xiaohang Li, e i colleghi di KAUST hanno lavorato con i partner del settore Structured Materials Industries, Inc. negli Stati Uniti per dimostrare un metodo relativamente semplice per controllare la struttura cristallina degli ossidi di gallio su un substrato di zaffiro utilizzando una tecnologia nota come deposizione chimica da vapore metallorganico (MOCVD). "Siamo riusciti a controllare la crescita modificando un solo parametro:la portata di acido cloridrico nella camera, " spiega Sun. "Questa è la prima volta che l'acido cloridrico è stato utilizzato durante la crescita di ossido in un reattore MOCVD".

Gli atomi nell'ossido di gallio possono essere organizzati in una serie di forme diverse note come polimorfi. ‑Ga ₂ oh ₃ è il polimorfo più stabile ma è difficile da coltivare su substrati di altri materiali. ‑Ga ₂ oh ₃ è stato coltivato su zaffiro ma il suo tasso di crescita è stato difficile da controllare.

Guidato da Li, Sun e il team dimostrano di poter ottenere un controllo preciso del tasso di crescita aggiungendo gas di acido cloridrico a trietilgallio e ossigeno nella loro camera MOCVD. Quando hanno aggiunto l'acido cloridrico a bassa portata, ‑Ga ₂ oh ₃ formato sul substrato di zaffiro. Ma mentre aumentavano la portata, sono stati in grado di creare ε‑Ga ₂ oh ₃ e anche α‑Ga ₂ oh ₃ .

"Stiamo ora utilizzando modelli cinetici per svelare l'intero meccanismo del processo di cristallizzazione quando viene utilizzato l'acido cloridrico, "dice Sole, "mentre si lavora anche alla fabbricazione di transistor utilizzando le tre fasi dei film di ossido di gallio".

KAUST ha iniziato una stretta collaborazione con Semiconductor Manufacturing International Corporation, una fonderia di circuiti integrati che fornisce servizi di tecnologia dei semiconduttori, per adempiere alla sua missione di perseguire i semiconduttori di ossido di gallio per applicazioni pratiche di elettronica di potenza.