paillettes d’oxyde de gallium
Cherchant à commercialiser une technologie prometteuse avec une bande interdite très large sur le marché, Novel Crystal Technology (NCT) a développé Diode à diaphragme Schottky Basé sur une substance appelée oxyde de gallium.

NCT a créé une diode de classe ampères de 1200 volts à base d’oxyde de gallium. Une diode est un appareil qui fait passer l’électricité dans une direction et la bloque dans la direction opposée. Les dispositifs à base d’oxyde de gallium en recherche et développement promettent toujours d’ouvrir la voie à des semi-conducteurs de puissance moins chers et plus performants. Les dispositifs à l’oxyde de gallium sont conçus pour être utilisés dans les applications de charge rapide, les véhicules électriques (VE), l’énergie solaire, les trains et même les voitures volantes.

Depuis quelque temps, NCT et d’autres ont développé Dispositifs d’alimentation à base d’oxyde de gallium, qui est une technologie à très haut débit possédant de meilleures propriétés physiques que celles du silicium, du carbure de silicium (SiC) ou du nitrure de gallium (GaN). Mais les dispositifs à l’oxyde de gallium seront également confrontés à des défis pour passer du laboratoire à l’usine.

Les semi-conducteurs de puissance en général sont des transistors spécialisés qui agissent comme des commutateurs dans des applications haute tension telles que les automobiles, les alimentations électriques, l’énergie solaire et les trains. Les appareils permettent à l’électricité de circuler dans l’état « on » et de s’éteindre dans l’état « off ». Ils améliorent l’efficacité et réduisent les pertes d’énergie dans les systèmes.

Pendant des années, les dispositifs à base de silicium tels que les IGBT et les MOSFET ont dominé le marché des semi-conducteurs de puissance. Ces dispositifs de puissance sont matures et peu coûteux, mais ils atteignent également leurs limites théoriques.

C’est pourquoi il y a un grand intérêt pour les dispositifs qui utilisent des matériaux à large bande interdite, qui peuvent dépasser les performances des dispositifs actuels à base de silicium. Depuis des années, les fournisseurs proposent des dispositifs semi-électriques basés sur deux technologies à large bande interdite – GaN et SiC.

Pendant ce temps, de nombreuses entreprises, agences gouvernementales, institutions de R&D et universités travaillent sur l’oxyde de gallium bêta (β-Ga2O3), une technologie prometteuse à bande interdite ultra-large qui est en recherche et développement depuis plusieurs années. « La bande interdite électronique est l’écart énergétique entre le haut de la bande de valence et le bas de la bande de conduction dans les solides », selon Mouser Electronics dans un blog. « C’est la bande interdite qui donne aux semi-conducteurs la possibilité d’activer et de désactiver des courants à volonté afin d’accomplir une fonction électrique particulière. »

L’oxyde de gallium, un composé inorganique, a une bande interdite de 4,8 à 4,9 eV, est 3 000 fois plus grand que le silicium, 8 fois plus grand que le SiC et 4 fois plus grand que le gallium, selon Kyma, un fournisseur de dispositifs d’alimentation et de puces. L’oxyde de gallium présente également un champ de claquage élevé de 8 MV/cm et une bonne mobilité des électrons, selon Kyma.

L’oxyde de gallium a également une méthode de croissance cristalline moins coûteuse que le SiC et le GaN, ce qui facilite le développement des paillettes. Mais la technologie présente également certains défis, c’est pourquoi elle est encore au stade de la recherche et du développement.

NCT envisage de commercialiser la technologie. À l’aide de sa propre ligne de production de prototypes de recherche, l’entreprise a développé un procédé de production en série de diodes de type tranchée sur des plaquettes de 2 pouces. Elle a développé les premières diodes de tension de claquage de classe 1 200 V basées sur cette technologie.

La société prévoit de mettre en place un processus de fabrication de ces dispositifs, dans le but de les commercialiser en 2023. Elle a construit une ligne de fonderie de 100 mm pour les plaquettes épitaxiales d’oxyde de gallium, dont la commercialisation a commencé en 2021.

Détecteurs optiques GaO
L’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l’Académie chinoise des sciences a été créée Détecteurs UV à énergie solaire Utilisation d’oxyde de gallium amorphe.

Les SBPD à base d’oxyde de gallium sont des candidats potentiels pour les environnements difficiles, tels que l’exploration spatiale et d’autres applications. Ces dispositifs peuvent être utilisés dans des systèmes de détection rapide de flammes et des applications d’alerte précoce d’incendie.

Un détecteur de lumière est un appareil utilisé pour détecter la lumière. Il existe de nombreux types de photodétecteurs, y compris les photodiodes, selon RP Photonics Encyclopedia. Les photodiodes sont des dispositifs semi-conducteurs avec une jonction ap–n ou une structure p–i–n, D’après le site.

Les photodétecteurs à énergie solaire sont insensibles à la lumière infrarouge, visible et proche de l’ultraviolet. Mais ces appareils répondent à la lumière ultraviolette à des longueurs d’onde inférieures à 300 nanomètres, selon le site Web. « Les détecteurs d’angle mort solaire sont intéressants pour toutes les applications où l’on doit détecter la lumière ultraviolette tout en étant non perturbé (peut-être beaucoup plus fort) que la lumière visible », Par emplacement.

Dans l’aérospatiale et les applications connexes, ces appareils doivent résister à des environnements difficiles tels que des températures élevées et des rayonnements.
Dans certains cas, le SBPD est fabriqué à partir de substrats en silicium, qui peuvent ne pas résister à des conditions extrêmes. Par conséquent, les chercheurs étudient les SBPD en utilisant des technologies à bande large telles que GaN et SiC.

L’USTC a développé des SBPD ultra-sensibles utilisant de l’oxyde de gallium. Les chercheurs ont développé une technologie de défaut et d’activation (DD) pour que les matériaux d’oxyde de gallium amorphe fonctionnent dans des conditions difficiles. Le matériau a un taux de rejet de réponse élevé. « Les SBPD basés sur l’ingénierie DD ont montré de bonnes performances en tant qu’impédance élevée. Les dispositifs soumis à des processus d’ingénierie sélectifs à ultra-spectre ont été démontrés sous de nombreux aspects et une sensibilité élevée dans des conditions extrêmes », selon les chercheurs.

GaAs pur
L’Université de Princeton a développé un dispositif basé sur L’échantillon d’arséniure de gallium (GaAs) le plus pur au monde.

Les chercheurs ont développé un GaAs avec une seule impureté pour 10 milliards d’atomes. GaAs n’est pas nouveau et est largement utilisé dans de nombreux systèmes. Par exemple, de petits amplificateurs de puissance à base de GaAs sont aujourd’hui utilisés dans les smartphones.

Princeton a créé un matériau ultrapur, qui constitue la base du dispositif GaAs. Les chercheurs ont pris l’appareil et l’ont soumis à de basses températures. Ensuite, ils l’ont exposé à un champ magnétique et lui ont appliqué une tension. Ceci, à son tour, a envoyé des électrons à travers un plan bidimensionnel pris en sandwich entre les couches cristallines du matériau.

Lorsqu’ils ont abaissé le champ magnétique, ils ont découvert une série d’effets surprenants. Dans le processus, les électrons se sont alignés dans une structure en réseau connue sous le nom de cristal de Wigner. Le cristal de Wigner est la phase cristalline solide des électrons, D’après Wikipédia.

« Les scientifiques pensaient auparavant que les cristaux Wigner nécessitent des champs magnétiques très intenses », selon des chercheurs de l’Université de Princeton. « conséquences, Publié dans Matériaux naturels, a montré que bon nombre des phénomènes à l’origine de la physique la plus avancée d’aujourd’hui peuvent être observés sous des champs magnétiques beaucoup plus faibles qu’on ne le pensait auparavant. De faibles champs magnétiques pourraient permettre à davantage de laboratoires d’étudier les mystérieux problèmes de physique enfouis dans de tels systèmes bidimensionnels. Ces conditions moins dangereuses introduisent une physique qui n’a pas de cadre théorique établi, ouvrant la voie à une exploration plus approfondie des phénomènes quantiques. »