Исследование, опубликованное ранее в этом месяце в журнале Physical Review X, показывает фундаментальный аспект того, как полупроводник, бета-оксид галлия, контролирует электричество.
«Наша работа состоит в том, чтобы попытаться определить, почему этот материал, называемый оксидом бета-галлия, действует так, как он действует на фундаментальном уровне», – сказал Джаред Джонсон, ведущий автор исследования и научный сотрудник Центра электроники Университета штата Огайо.
Микроскопия и анализ. «Важно знать, почему этот материал обладает такими свойствами и как он действует как полупроводник, и мы хотели взглянуть на него на атомном уровне – чтобы увидеть, что мы можем узнать."
Ученые знали о бета-оксиде галлия около 50 лет, но только в последние несколько лет он стал интригующим вариантом для инженеров, стремящихся создать более надежные и эффективные мощные технологии.
Материал особенно хорошо подходит для устройств, используемых в экстремальных условиях, например, в оборонной промышленности. Команда изучает бета-оксид галлия на предмет его способности обеспечивать высокую плотность энергии.
Для этого исследования команда CEMAS под руководством Джинву Хвана, доцента материаловедения и инженерии, исследовала бета-оксид галлия под мощным электронным микроскопом, чтобы увидеть, как атомы материала взаимодействуют.
То, что они увидели, подтвердило теорию, впервые выдвинутую теоретиками около десяти лет назад: оксид бета-галлия имеет форму несовершенства в своей структуре, что команда называет «точечными дефектами», которые не похожи на какие-либо дефекты, которые ранее наблюдались в других материалах.
Эти дефекты имеют значение: например, они могут быть местами, где электричество может теряться при передаче между электронами. При правильном обращении с дефектами можно также беспрецедентно контролировать свойства материала. Но понимание дефектов должно прийти до того, как мы научимся их контролировать.
«Очень важно, что мы могли непосредственно наблюдать эти точечные дефекты, эти аномалии внутри кристаллической решетки», – сказал Джонсон. "И эти точечные дефекты, эти странности в решетчатой структуре снижают энергетическую стабильность структуры."
По словам Джонсона, более низкая энергетическая стабильность означает, что у материала могут быть некоторые недостатки, которые необходимо устранить, чтобы эффективно проводить электричество, но это не означает, что бета-оксид галлия не обязательно будет хорошим полупроводником.
На самом деле дефекты могут вести себя благоприятно, проводя электричество, если ученые смогут их контролировать.
«Этот материал имеет очень хорошие свойства для этих мощных технологий», – сказал он. «Но важно, что мы видим это на фундаментальном уровне – мы почти понимаем науку, лежащую в основе этого материала, и то, как он работает, потому что этот дефект, эти отклонения могут повлиять на то, как он функционирует как полупроводник."
Работа финансировалась U.S. Управление научных исследований ВВС Министерства обороны США.