Une méthode simple qui utilise du chlorure d'hydrogène peut mieux contrôler la structure cristalline d'un semi-conducteur courant et est prometteuse pour de nouvelles applications électroniques à haute puissance.

Les composants électroniques utilisés dans les ordinateurs et les appareils mobiles fonctionnent à une puissance relativement faible. Mais les applications haute puissance, comme le contrôle des réseaux électriques, nécessitent des matériaux alternatifs capables de supporter des tensions beaucoup plus élevées. Par exemple, un matériau isolant commence à conduire l'électricité lorsque le champ est suffisamment élevé, un effet connu sous le nom de panne électrique. Pour cette raison, l'électronique de puissance utilise souvent des semi-conducteurs à base de nitrure, comme le nitrure de gallium, qui ont un champ de claquage très élevé et peuvent être épitaxiés pour créer des semi-conducteurs multicouches.

Cependant, les besoins énergétiques toujours croissants et la volonté de rendre la distribution d'électricité plus efficace nécessitent des matériaux encore plus robustes électriquement. Oxyde de gallium (Ga 2 O 3 ) a un champ de rupture théorique plus de deux fois supérieur à celui des alliages de nitrure de gallium et est donc apparu comme un candidat passionnant pour cette fonction. Le dernier défi est cependant un moyen simple de déposer de l'oxyde de gallium de haute qualité sur les substrats couramment utilisés pour l'électronique de puissance, comme le saphir.

Soleil de Hai, Xiaohang Li, et des collègues de KAUST ont travaillé avec des partenaires industriels Structured Materials Industries, Inc. aux États-Unis pour démontrer une méthode relativement simple pour contrôler la structure cristalline des oxydes de gallium sur un substrat de saphir en utilisant une technologie connue sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur métalorganique (MOCVD). « Nous avons pu contrôler la croissance en modifiant un seul paramètre :le débit de chlorure d'hydrogène dans la chambre, " explique Sun. "C'est la première fois que du chlorure d'hydrogène est utilisé pendant la croissance d'oxydes dans un réacteur MOCVD."

Les atomes de l'oxyde de gallium peuvent être arrangés sous différentes formes connues sous le nom de polymorphes. -Ga 2 O 3 est le polymorphe le plus stable mais il est difficile à cultiver sur des substrats d'autres matériaux. -Ga 2 O 3 a été cultivé sur du saphir mais son taux de croissance a été difficile à contrôler.

Dirigé par Li, Sun et l'équipe montrent qu'ils peuvent obtenir un contrôle précis du taux de croissance en ajoutant du chlorure d'hydrogène gazeux au triéthylgallium et à l'oxygène dans leur chambre MOCVD. Lorsqu'ils ont ajouté le chlorure d'hydrogène à faible débit, -Ga 2 O 3 formé sur le substrat de saphir. Mais comme ils augmentaient le débit, ils ont pu créer ε-Ga 2 O 3 et même α‑Ga 2 O 3 .

"Nous utilisons maintenant des modèles cinétiques pour dévoiler tout le mécanisme du processus de cristallisation lorsque le chlorure d'hydrogène est utilisé, " dit Soleil, "tout en travaillant également sur la fabrication de transistors utilisant les trois phases de films d'oxyde de gallium."

KAUST a entamé une étroite collaboration avec Semiconductor Manufacturing International Corporation, une fonderie de circuits intégrés qui fournit des services de technologie des semi-conducteurs, remplir sa mission de recherche de semi-conducteurs à base d'oxyde de gallium pour des applications pratiques d'électronique de puissance.