Команда исследователей под руководством Даррелла Шлома из Корнеллского университета создала полупроводниковую пленку с самой широкой запрещенной зоной за всю историю. Результаты опубликованы в журнале Nature. Об этом сообщает издание Phys.org.
Широкая запрещенная зона позволяет материалам выдерживать более сильные электрические поля, что делает их перспективными для создания более компактной и эффективной электроники, способной работать при высоких напряжениях. Ученые добавили кремний в тонкие пленки оксида алюминия-галлия, что позволило сохранить контроль над проводимостью при рекордных значениях.
Оксид алюминия-галлия привлек внимание тем, что его запрещенная зона может варьироваться от 5,4 до 8,6 электронвольт — самый широкий диапазон среди известных полупроводников. Однако с увеличением содержания алюминия материал становился все хуже проводником. Исследователи решили эту проблему, выращивая пленки на сапфировой подложке методом молекулярно-лучевой эпитаксии и добавляя кремний, который обеспечивает свободные электроны.
Легированные кремнием пленки проводили электричество при запрещенной зоне более 7 электронвольт, побив предыдущий рекорд кубического нитрида бора. При значениях выше 6 электронвольт, которые исследователи называют «колоссальной запрещенной зоной», проводимость при комнатной температуре оказалась более чем в 100 миллионов раз лучше, чем в предыдущих работах. Диод и транзистор, созданные на основе этих материалов, успешно работали.
Сапфир, в отличие от алмаза и кубического нитрида бора, доступен, дешев и производится в промышленных масштабах, что делает технологию практичной для внедрения. Ученые надеются, что их разработка приведет к созданию силовой электроники нового поколения, которая будет терять меньше энергии в виде тепла.