Mittwoch, 05 Mai 2021 09:00

Leitfähigkeit von Halbleitern

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Der Einbau von Wasserstoff in Galliumoxid lässt sich so steuern, dass gezielt Bereiche mit n- und p- Leitung geschaffen werden

Der Metalloxid-Halbleiter Galliumoxid gilt als aussichtsreicher Kandidat für einen möglichen Einsatz in der Leistungselektronik. Die gezielte Beeinflussung seiner elektrischen Leitfähigkeit war aber bisher problematisch. Ein Forschungsteam unter Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) hat nun untersucht, wie sich die Leitfähigkeit von Galliumoxid in seiner stabilsten Form (β-Ga2O3) über den kontrollierten Einbau von Wasserstoff in das Kristallgitter steuern lässt.

Eine besonders auffällige Eigenschaft des Materials ist die („ultra“) Breite seiner Bandlücke, die Anwendungen in Bereichen hoher elektrischer Feldstärken verspricht. Mit zunehmender Bandlückenenergie nimmt aber die Effizienz gängiger Dotierungsverfahren ab.

In bipolaren Transistoren werden n- und p-dotierte Schichten so kombiniert, dass mit Hilfe eines kleinen Steuerstroms ein größerer Stromfluss kontrolliert werden kann. Um die beiden Schichten zu erzeugen, werden bisher zwei unterschiedliche Materialien kombiniert, das Team konnte das per Wasserstoff-Einbau in das Kristallgitter in einem einzigen Material bewerkstelligen. Mit nur wenig eingebautem Wasserstoff verhält sich das Material wie ein p-dotierter Halbleiter, während die Zugabe von mehr Wasserstoff zum Umschalten in den n-Leitungsmodus führt.