В НИТУ "МИСиС" создали широкозонный полупроводник с "дырочной" проводимостью

МОСКВА, 28 декабря. /ТАСС/. Ученые из России обнаружили, что созданный ими широкозонный полупроводник на базе одной из форм оксида галлия обладает уникальной формой проводимости, в которой ключевую роль играют "дырки" - положительно заряженные области. Это открытие расширит применение оксида галлия в силовой электронике, сообщила в среду пресс-служба НИТУ "МИСиС".

"Обнаруженный нами эффект возникает на границе между оксидом галлия и другим полупроводником, нитридом алюминия. Эффект, который мы наблюдали в данном материале, указывает на возможность создания на его основе транзисторов с высокой подвижностью носителей заряда", - сообщил инженер НИТУ "МИСиС" Антон Васильев, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Так называемые широкозонные полупроводники представляют собой особую группу материалов, чьи физические свойства позволяют им оставаться полупроводниками при гораздо более высоких температурах, напряжениях и частотах, чем это делают кремний, арсенид галлия и другие классические полупроводники.

Это делает их особенно интересными для создания различных силовых электронных компонентов, в том числе выпрямителей тока, регуляторов питания, преобразователей частоты и прочих приборов, которые работают на высоких напряжениях, частотах и оперируют особенно сильными токами. Сейчас силовая электроника разрабатывается на базе кремниевых полупроводников, однако они уже почти на 100% исчерпали свой потенциал, что вынуждает ученых искать альтернативы.

Свойство полупроводника

Как отмечают Васильев и его коллеги, одной из самых интересных альтернатив для кремния являются широкозонные полупроводники на базе разных форм оксида галлия (Ga2O3). В теории, они способны выдерживать действие очень мощных электрических полей, а также эти вещества обладают некоторыми другими преимуществами, которые позволят в перспективе упростить или удешевить производство силовой электроники.

Российские ученые выяснили, что одна из форм оксида галлия, так называемая К-полиморфная модификация этого вещества, приобретает необычные свойства: если соединить ее с подложкой из другого широкозонного сверхпроводника, изготовленного из нитрида алюминия. Это вещество сейчас применяют в производстве ультрафиолетовых светодиодов и в других областях оптоэлектроники.

"Мы обнаружили необычное поведение структуры из оксида галлия и нитрида алюминия. Оно заключалось в выпрямлении диода по току, словно материал обладал "дырочной" проводимостью. Это указывало на существование необычных эффектов на границе материалов, поскольку ранее получить дырочную проводимость в Ga2O3 никому не удавалось. Дальнейшие детальные исследования подтвердили нашу догадку о ключевой роли носителей заряда, образующихся на границе материалов", - пояснил Васильев.

По словам исследователей, это открытие, а также подготовленное ими теоретическое объяснение существования "дырочной" проводимости, ускорит разработку новых типов транзисторов, отличающихся высокой подвижностью электронов. Они являются основой для высокочастотных микросхем, используемых в радиоастрономических приборах, системах связи и радарах. Использование оксида галлия при их изготовлении позволит заметно улучшить качество работы этих устройств, подытожили исследователи.