El estudio de las heterouniones ScAlN/GaN para transistores GaN-HEMT identifica la dispersión por rugosidad interfacial como el principal mecanismo limitante, abriendo nuevas vías para mejorar su rendimiento en comunicaciones de alta frecuencia.
Sumitomo Electric, en colaboración con el grupo de investigación liderado por el profesor asistente Takuya Maeda de la Universidad de Tokio, ha identificado el mecanismo de dispersión electrónica en heterouniones de nitruro de escandio y aluminio (ScAlN) sobre nitruro de galio (GaN).
Este hallazgo representa un avance crucial para el desarrollo de transistores de alta movilidad electrónica en GaN (GaN-HEMTs), utilizados en tecnologías de comunicaciones de próxima generación.
Los transistores GaN-HEMT empleados actualmente en aplicaciones de alta frecuencia utilizan una estructura donde los cristales de GaN se desarrollan sobre un sustrato de carburo de silicio (SiC).
Sobre esta capa se deposita una heterounión con aluminio-galio-nitruro (AlGaN), que permite la formación de un gas electrónico bidimensional (2DEG) en la interfaz.
Así, el 2DEG facilita el desplazamiento rápido de los electrones, factor clave en el rendimiento del dispositivo.
ScAlN como capa de barrera de nueva generación
La introducción del ScAlN como alternativa al AlGaN en la capa de barrera se debe a su elevada capacidad de generación electrónica, lo que lo convierte en un candidato prometedor para la evolución de los GaN-HEMTs hacia frecuencias más altas y una mayor potencia de salida.
No obstante, aunque se ha logrado una alta densidad electrónica en la interfaz ScAlN/GaN, la movilidad de los electrones se encontraba limitada por factores de dispersión hasta ahora no esclarecidos.
Gracias a esta investigación conjunta, se ha podido demostrar que la movilidad del 2DEG en dicha estructura está restringida principalmente por la dispersión debida a la rugosidad de la interfaz.
Este fenómeno actúa como la principal barrera para el incremento del rendimiento del dispositivo.
Contribución de los participantes en la investigación
En este trabajo, Sumitomo Electric ha suministrado sustratos de GaN sobre SiC de alta calidad, esenciales para la fabricación de las estructuras estudiadas.
Por su parte, la Universidad de Tokio ha llevado a cabo la fabricación de las heterouniones ScAlN/GaN sobre estos sustratos, así como las mediciones y análisis posteriores.
Los resultados fueron altamente valorados en la International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS), el congreso internacional más relevante en el ámbito de los semiconductores de nitruro, donde los investigadores fueron invitados a realizar una presentación destacada.
De cara al futuro, el objetivo es optimizar la rugosidad de la interfaz para alcanzar una formación de 2DEG con alta densidad y movilidad, lo que permitirá elevar el rendimiento de los GaN-HEMTs destinados a aplicaciones de comunicaciones de alta frecuencia.
Además, dicha tecnología también será incorporada en los propios dispositivos desarrollados por Sumitomo Electric.
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