רשום פופולרי

בחירת העורך - 2019

איך האלקטרונים לעבור מוליך למחצה

Anonim

הדור הבא של אלקטרוניקה חסכוניים באנרגיה, מערכות תקשורת בתדירות גבוהה, ותאורת מצב מוצק מסתמכים על חומרים הידועים כמוליכים למחצה רחבים. מעגלים המבוססים על חומרים אלה יכולים לפעול בצפיפות הספק גבוהה בהרבה ועם הפסדי חשמל נמוכים יותר מאשר מעגלים המבוססים על סיליקון. חומרים אלה אפשרו מהפכה תאורה LED, אשר הובילה את פרס נובל 2014 בפיסיקה.

פרסומת


בניסויים חדשים שדווחו בכתב העת פיזיקה יישומית, מתוך פרסום AIP, חוקרים הראו כי מוליך למחצה רחב טווח שנקרא תחמוצת גליום (Ga 2 O 3 ) יכול להיות מהונדסים לתוך מבנים בקנה מידה ננומטר המאפשרים אלקטרונים לנוע הרבה יותר מהר בתוך המבנה הגבישי . עם אלקטרונים כי לנוע בקלות כזו, Ga 2 O 3 יכול להיות חומר מבטיח עבור יישומים כגון מערכות תקשורת בתדר גבוה ואנרגיה חשמל חסכוניים באנרגיה.

"תחמוצת גליום יש פוטנציאל לאפשר טרנזיסטורים כי יעלה על הטכנולוגיה הנוכחית, " אמר Siddharth Rajan מאוניברסיטת אוהיו, שהוביל את המחקר.

כי Ga 2 O 3 יש אחד bandgaps הגדול ביותר (האנרגיה הדרושה כדי לעורר אלקטרון כך שהוא מוליך) של חומרי רוחב רחב מפותחים כחלופות סיליקון, זה שימושי במיוחד עבור כוח גבוה בתדירות גבוהה התקנים. זה גם ייחודי בקרב bandgap מוליכים למחצה רחב כי זה יכול להיות מיוצר ישירות מהצורה המותכת שלה, המאפשר ייצור בקנה מידה גדול של גבישים באיכות גבוהה.

לשימוש במכשירים אלקטרוניים, האלקטרונים בחומר חייבים להיות מסוגלים לנוע בקלות תחת שדה חשמלי, תכונה הנקראת ניידות אלקטרונים גבוהה. "זה פרמטר מפתח עבור כל מכשיר", אמר ראג 'אן. בדרך כלל, כדי לאכלס מוליך למחצה עם אלקטרונים, החומר מסומם עם אלמנטים אחרים. הבעיה, עם זאת, היא כי dopants גם לפזר אלקטרונים, להגביל את הניידות האלקטרונית של החומר.

כדי לפתור בעיה זו, החוקרים השתמשו בטכניקה המכונה סימום אפנון. הגישה פותחה לראשונה בשנת 1979 על ידי טאקאשי Mimura כדי ליצור גליום ארסניד גבוהה טרנזיסטור ניידות אלקטרונים, אשר זכתה בפרס קיוטו בשנת 2017. בזמן שזה עכשיו טכניקה נפוצה להשיג ניידות גבוהה, היישום שלה Ga 2 O 3 הוא משהו חדש.

בעבודתם, החוקרים יצרו מה שמכונה מוליך למחצה heterostructure, יצירת ממשק אטומי מושלם בין Ga 2 O 3 לבין סגסוגת שלה עם אלומיניום, אלומיניום גליום תחמוצת - שני מוליכים למחצה עם מבנה גבישי זהה אבל פערים אנרגיה שונים. כמה ננומטרים מן הממשק, מוטבע בתוך תחמוצת הגליום אלומיניום, הוא גיליון של אלקטרונים התורמים זיהומים רק כמה אטומים עבים. אלקטרונים שנתרמו להעביר את Ga 2 O 3, ויצרו גז אלקטרון דו-ממדי. אבל מכיוון שהאלקטרונים מופרדים כעת גם מן הדופנטים (ומכאן המונח אפנון סימום) בגליום אלומיניום גליום על ידי כמה ננומטרים, הם מתפזרים הרבה פחות להישאר ניידים מאוד.

באמצעות טכניקה זו, החוקרים הגיעו למכשירי שיא. החוקרים יכלו גם לעקוב אחר תנודות Shubnikov-de Haas, תופעה קוונטית שבה הגדלת כוחו של שדה מגנטי חיצוני גורם ההתנגדות של החומר להתנודד. תנודות אלה מאשרות את היווצרותם של גז אלקטרון דו-גדילי ניידות גבוה ומאפשרים לחוקרים למדוד תכונות חומר קריטי.

רג'אן הסביר כי מבנים מסוג זה מסוממים יכול להוביל למעמד חדש של מבנים קוונטיים ואלקטרוניקה אשר רותמת את הפוטנציאל של Ga 2 O 3 .

פרסומת



מקור הסיפור:

חומרים המסופקים על ידי המכון האמריקאי לפיסיקה . הערה: ניתן לערוך תוכן עבור סגנון ואורך.


עיון ביומן :

  1. יואי ג'אנג, אדם ניל, זאנבו שיה, צ'אנדן ג'ואשי, ג'ארד ג'ונסון, יואן-הואה ג'נג, סניאם באג'ג ', מארק ברנר, דונלד דורסי, קלסון צ'בק, גרג ג'סן, ג'נווואנג הוואנג, שין מו, ג'וזף פ' הרמן, סידהרט ראג'אן. הפגנה של ניידות גבוהה וקוונטים תחבורה אפנון מסוממים β- (AlxGa1-x) 2O3 / Ga2O3 heterostructures . פיזיקה יישומית, 2018; 112 (17): 173502 DOI: 10.1063 / 1.5025704