Vem aí mais um semicondutor promissor, e já fabricado em equipamento industrial

As diferentes nuances de cor das pastilhas do novo semicondutor resultam de diferentes concentrações de ítrio e das condições de crescimento.

Nitreto de alumínio e ítrio

Cientistas alemães conseguiram fabricar e caracterizar um novo e promissor material semicondutor usando um processo padrão, chamado deposição química de vapor metal-orgânico, o que deverá facilitar a adoção desse novo material, chamado nitreto de alumínio e ítrio (AlYN).

Devido às suas excelentes propriedades e sua adaptabilidade ao tradicional nitreto de gálio (GaN), o AlYN (nitreto de alumínio e ítrio) tem enorme potencial para uso em eletrônicos de alta frequência e alto desempenho com eficiência energética nas tecnologias da informação e comunicação.

“Nossa pesquisa representa um marco no desenvolvimento de novas estruturas semicondutoras. O AlYN é um material que permite maior desempenho ao mesmo tempo em que minimiza o consumo de energia, abrindo caminho para inovações em eletrônica que nossa sociedade digitalmente conectada e suas crescentes demandas tecnológicas precisam urgentemente,” disse professor Stefano Leone, do Instituto Fraunhofer de Física do Estado Sólido Aplicada.

Apesar de suas excelentes propriedades materiais, produzir AlYN em quantidades práticas tem sido um grande desafio – até agora, o AlYN só podia ser depositado por pulverização catódica de magnetron.

A fabricação bem-sucedida de camadas de AlYN em um reator de deposição química de vapor metal-orgânico comercial permitirá o escalonamento para substratos maiores. Este método é considerado o mais produtivo para a fabricação de estruturas semicondutoras de grande área e abre caminho para o uso do AlYN na produção em massa de componentes semicondutores.

A equipe cultivou heteroestruturas AlYN/GaN em um reator comercial, sobre substratos de SiC de 4 polegadas.
[Imagem: Fraunhofer IAF]

Heteroestrutura AlYN/GaN

Pesquisas recentes já demonstraram as propriedades materiais do AlYN, como a ferroeletricidade. No desenvolvimento do novo semicondutor composto, os pesquisadores se concentraram principalmente em sua adaptabilidade ao nitreto de gálio (GaN): A estrutura reticular do AlYN pode ser adaptada de forma ideal ao GaN, e a heteroestrutura AlYN/GaN tem vantagens significativas para o desenvolvimento de eletrônicos futurísticos que ainda estão na prancheta.

Depois de terem conseguido depositar camadas de AlYN de 600 nanômetros de espessura, os pesquisadores alcançaram outro avanço: Eles fabricaram heteroestruturas AlYN/GaN com uma concentração de ítrio precisamente ajustável, que apresentaram qualidade estrutural e propriedades elétricas excelentes – as novas heteroestruturas têm uma concentração de ítrio de até 16%.

“Conseguimos observar valores impressionantes para resistência de folha, densidade eletrônica e mobilidade eletrônica. Esses resultados nos mostraram o potencial do AlYN para eletrônicos de alta frequência e alto desempenho,” disse Leone.

Os pesquisadores também estão otimistas quanto às aplicações industriais do seu semicondutor: Usando heteroestruturas AlYN/GaN cultivadas em substratos SiC de 4 polegadas, eles demonstraram a escalabilidade e a uniformidade estrutural das heteroestruturas. E a criação de camadas de AlYN em um reator comercial permite o escalonamento para substratos maiores. Este método é considerado o mais produtivo para a fabricação de estruturas semicondutoras de grande área e destaca o potencial do AlYN para a produção em massa de dispositivos semicondutores.