Nyt halvledermateriale tager kampen op mod silicium
Det japanske firma Flosfia, der er et spin-off fra Kyoto University, har udviklet en proces, der kan betyde et gennembrud for halvledermaterialet galliumoxid (Ga2O3).
Inden for effektelektronik, som bl.a. anvendes i stor stil i forbindelse med vindmølle- og solcellestrøm, er silicium ikke det mest velegnede materiale.
Det skyldes, at silicium har et forholdsvis lille båndgab på ca. 1,1 elektronvolt. Båndgabets størrelse er et mål for, hvor megen energi en elektron skal tilføres for at bringe den i en ledende tilstand.
Hvis båndgabet er stort, kan man lave komponenter tynde, og da en tynd komponent har mindre intern modstand, er den også mere effektiv.
Af samme årsag er halvledermaterialer som siliciumcarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN) blevet populære alternativer, da de har båndgab på 3,3-3,4 elektronvolt.
Men disse materialer er dyre og har derfor ikke fået den helt store kommercielle succes.
Galliumoxid har et båndgab på 5 elektronvolt og vil umiddelbart være velegnet, hvis ikke det var fordi, det har en meget lav varmeledningsevne og derved har vanskeligt ved at lede varme væk.
Flosfia har udviklet en proceteknik, hvor de dyrker galliumoxid på et substrat af safir, og hvor de efterfølgende kan løfte komponenten af substratet. Det betyder, at komponenten kan forbindes direkte til et materiale med høj varmeledning, som kan lede varmen bort.
I en artikel i Applied Physics Express har de beskrevet, hvordan de har fremstillet to forskellige Schottky barrier-dioder, der er en nøglekomponent til invertere inden for effektelektronik.
De har opnået en intern modstand på 0,1 milliohm x cm^2 og en breakdown-spænding på op til 855 volt. Det er ikke helt på niveau med det, der er opnået med silliciumcarbid, bemærker forskerne i deres artikel
På den anden side er det ikke så meget forskelligt, at der ikke er håb om, at yderligere forbedringer af processen vil gøre det muligt at opnå mindst samme specifikationer med galliumoxid som med siliciumcarbid. Og omkostningerne bør kunne blive meget lavere, vurderer forskerne.
