Les oxydes semi-conducteurs sont une nouvelle classe de matériaux qui font actuellement l'objet d'une grande attention dans le domaine de la technologie des semi-conducteurs. L'oxyde de gallium est l'exemple archétypal pour sa capacité à gérer des tensions extrêmement élevées et sa transparence optique dans la région de l'ultraviolet profond, promettant ainsi une génération de composants électroniques aux performances sans précédent. De tels composants sont basés sur des matériaux très minces, couches semi-conductrices ultrapures produites par des procédés de dépôt spéciaux. Les physiciens du Paul Drude Institute for Solid State Electronics (PDI) ont maintenant considérablement augmenté le rendement en oxyde de gallium avec un effet catalytique observé pour la première fois lors de la croissance cristalline. Cet effet n'est pas seulement une nouvelle découverte; il peut également être porté sur d'autres matériaux ayant des propriétés similaires à celles de l'oxyde de gallium. Les résultats apparaissent dans Lettres d'examen physique .

Le dépôt physique en phase vapeur (PVD) est l'une des technologies clés dans la fabrication couches semi-conductrices très pures. Une forme particulière de PVD est l'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE), que les physiciens ont utilisé dans leurs recherches. La chimie de la réaction au cours du MBE est beaucoup plus simple que dans d'autres, technologies de production de semi-conducteurs plus complexes. Les chercheurs du PDI ne s'attendaient donc pas à observer un effet catalytique au cours du procédé MBE. Ils ont déclaré ce phénomène comme un nouveau mécanisme, qu'ils ont surnommée catalyse d'échange de métaux.

Leurs expériences ont révélé que l'ajout de l'élément indium augmente considérablement le taux de croissance de l'oxyde de gallium pendant le MBE. Ils ont également révélé que, en présence d'indium, l'oxyde de gallium se forme encore dans des conditions dans lesquelles il ne pourrait jamais se former sans l'élément ajouté. De plus, L'oxyde de gallium forme une structure cristalline spéciale qui convient particulièrement au développement de ce qu'on appelle des hétérostructures de couches d'oxyde de gallium et d'oxyde d'indium qui sont essentielles dans de nombreux composants.

Compte tenu de la chimie de réaction simple du MBE, les chercheurs sont convaincus que l'effet observé est généralement valable et donc applicable à tous les matériaux possédant des propriétés similaires à celles de l'oxyde de gallium. Premier auteur de l'étude Dr Patrick Vogt, qui fait des recherches à PDI, ajoute que "la catalyse d'échange de métaux découverte offre une toute nouvelle approche de la croissance des matériaux cristallins, et ouvre très probablement une nouvelle voie vers des composants semi-conducteurs auparavant inimaginables."

Patrick Vogt est scientifique junior et physicien de formation. Il a terminé son doctorat au PDI sur le thème de la chimie physique et de la physique des semi-conducteurs - dans le cadre du Leibniz ScienceCampus GraFOx. GraFOx est un réseau collaboratif interdisciplinaire de haut niveau, recherche de matériaux innovants, spécifiquement consacré aux oxydes.