Dans les dispositifs microélectroniques, la bande interdite est un facteur majeur déterminant la conductivité électrique des matériaux sous-jacents. Les substances avec de grandes bandes interdites sont généralement des isolants qui ne conduisent pas bien l'électricité, et ceux avec des bandes interdites plus petites sont des semi-conducteurs. Une classe plus récente de semi-conducteurs à bande interdite ultralarge (UWB) est capable de fonctionner à des températures et des puissances beaucoup plus élevées que les puces conventionnelles à base de silicium à faible bande interdite fabriquées avec des matériaux à bande interdite matures comme le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN).

Dans le Journal de physique appliquée , chercheurs de l'Université de Floride, le U.S. Naval Research Laboratory et l'Université de Corée fournissent une perspective détaillée sur les propriétés, capacités, limitations actuelles et développements futurs pour l'un des composés UWB les plus prometteurs, oxyde de gallium (Ga2O3).

L'oxyde de gallium possède une bande interdite extrêmement large de 4,8 électrons-volts (eV) qui éclipse les 1,1 eV du silicium et dépasse les 3,3 eV présentés par SiC et GaN. La différence donne au Ga2O3 la capacité de résister à un champ électrique plus important que le silicium, SiC et GaN peuvent se décomposer. Par ailleurs, Ga2O3 gère la même quantité de tension sur une distance plus courte. Cela le rend inestimable pour produire plus petit, transistors haute puissance plus efficaces.

"L'oxyde de gallium offre aux fabricants de semi-conducteurs un substrat hautement applicable pour les dispositifs microélectroniques, " a déclaré Stephen Pearton, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Floride et auteur de l'article. "Le composé semble idéal pour une utilisation dans les systèmes de distribution d'énergie qui chargent les voitures électriques ou les convertisseurs qui déplacent l'électricité dans le réseau électrique à partir de sources d'énergie alternatives telles que les éoliennes."

Pearton et ses collègues ont également examiné le potentiel du Ga2O3 comme base pour les transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur, mieux connu sous le nom de MOSFET. "Traditionnellement, ces minuscules commutateurs électroniques sont fabriqués à partir de silicium pour une utilisation dans les ordinateurs portables, téléphones intelligents et autres appareils électroniques, " a déclaré Pearton. " Pour les systèmes comme les bornes de recharge pour voitures électriques, nous avons besoin de MOSFET capables de fonctionner à des niveaux de puissance plus élevés que les dispositifs à base de silicium et c'est là que l'oxyde de gallium pourrait être la solution. »

Pour réaliser ces MOSFET avancés, les auteurs ont déterminé que des diélectriques de grille améliorés sont nécessaires, ainsi que des approches de gestion thermique qui extrairont plus efficacement la chaleur des appareils. Pearton a conclu que le Ga2O3 ne remplacera pas le SiC et le GaN en tant que prochains matériaux semi-conducteurs primaires après le silicium, mais jouera plus probablement un rôle dans l'extension de la gamme de puissances et de tensions accessibles aux systèmes à bande interdite ultralarge.

« L'application la plus prometteuse pourrait être celle des redresseurs haute tension dans les systèmes de conditionnement et de distribution d'énergie tels que les voitures électriques et les systèmes solaires photovoltaïques, " il a dit.