Galliumnitridi on puolijohde, joka mullisti energiatehokkaat ledivalaisimet. Se voisi myös muuttaa elektroniikkaa ja langatonta viestintää Cornellin yliopiston tutkijoiden havainnon ansiosta. Tutkijat löysivät galliumnitridissä nopeasti liikkuvat positiiviset varaukset, jotka voivat muuttaa elektroniikkaa ja langatonta viestintää.
Pii on pitkään ollut puolijohteiden kuningas, mutta se vaatii seostusta virran kulun parantamiseksi tuottamalla tarvittaessa negatiivisia varauksia eli elektroneina tai positiivisia varauksia eli aukkoja. Se ei kuitenkaan sovellu suurten jännitteiden ohjauksiin.
Viime vuosina on syntynyt uudempi laboratoriossa kasvatettujen puolijohdemateriaalien ryhmä: III-nitridit. Galliumnitridillä (GaN) ja alumiininitridillä (AlN) ja niiden seoksilla on laajempi kaistaero, mikä mahdollistaa suuremmat jännitteet ja korkeammat taajuudet.
Erityisesti GaN ja piikarbidi soveltuvat energiamuunnosten tarpeisiin. Galliumnitridin seostus on hankala ja tehoton prosessi.
Seosteiden käytön sijasta Cornellin tutkijat kasvattivat ohuen GaN-kidekerroksen, jota kutsutaan kvanttikaivoksi AlN-kiteen päälle. Ero niiden kiderakenteissa tuotti suuren tiheyden liikkuvia aukkoja. Tuloksena saatu 2D-aukkokaasu tekee GaN-rakenteista lähes kymmenen kertaa aiempaa johtavamman.
Hyödyntämällä uutta materiaalirakennetta opiskelija Samuel James Baderrecentcently esitteli erään tehokkaimmista p-tyypin GaN-transistoreista tähän liittyneessä yhteistyöprojektissa Intelin kanssa.
Nyt kun ryhmällä on kyky tehdä aukkokanavatransistoreita - joita kutsutaan p-tyyppisiksi - he aikovat yhdistää ne n-tyyppisiin transistoreihin monimutkaisempien piirien muodostamiseksi. Sellaiset avaavat uusia mahdollisuuksia suurten tehojen kytkentöihin, 5G-solutekniikkaan ja esimerkiksi energiatehokkaampiin puhelinten ja kannettavien tietokoneiden latureihin.
Tutkijoiden mukaan on erittäin vaikeaa saada aikaan samanaikaisesti n-tyyppi ja p-tyyppi laajakaistaisella puolijohteella. Tällä hetkellä vain piikarbidilla ja GaN:llä nämä ovat saatavissa aikaan. Piikarbidissa liikkuvat elektronit ovat hitaampia kuin GaN:ssä.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 14.10.2019
