Bits&Chips

Beryllium-dotering van galliumnitride misschien toch zo gek nog niet

15 december 2017 

Leds en powerelektronica zouden zuiniger kunnen worden nu het gedrag van beryllium in galliumnitride-kristalroosters is opgehelderd.

De dotering van halfgeleiders met een grote bandovergang, zoals galliumnitride (GaN) en zinkoxide, is een vak apart. Voor silicium en galliumarsenide staan de beste doteringen direct links en rechts in het periodiek systeem, terwijl bijvoorbeeld voor GaN sinds jaar en dag magnesium als standaard p-dotering wordt gebruikt - een element dat ver links van gallium en stikstof staat. Deze deviatie van de standaardtheorie is nooit helemaal opgehelderd: nog steeds debatteren wetenschappers over hoe magnesium zich precies gedraagt in GaN.

Wel is duidelijk dat magnesium in galliumnitride zijn werk niet zo goed doet als doteringen in andere halfgeleiders. Dat is jammer, want GaN wordt op grote schaal toegepast in leds en in toenemende mate in powerelektronica. Betere dotering zou kunnen leiden tot forse energiebesparingen.

De zoektocht naar iets beters heeft echter nooit concrete resultaten opgeleverd. Beryllium, het kleinere neefje van magnesium, leek de beste papieren te hebben, maar dat onderzoek is eind jaren negentig een stille dood gestorven. Volgens onderzoekers van de Finse Aalto University en collega’s uit Polen en de VS verdient beryllium echter een tweede kans. Hun experimenten laten zien dat beryllium mogelijk toch als dotering van GaN kan dienen.

Positronannilatiespectroscopie leverde nieuwe inzichten op over het gedrag van beryllium in galliumnitride. Foto: Hanna Koikkalainen

Uit hun proeven blijkt dat beryllium zowel de plaats van galliumatomen kan innemen als zich tussen de gallium- en stikstofatomen in het kristalrooster kan nestelen. De positie bepaalt of de dotering zich gedraagt als elektrondonor of -acceptor, en de verdeling van de posities - en daarmee de elektronische eigenschappen - hangt af van de temperatuur waaraan het materiaal is blootgesteld.

Als er een fabricageproces kan worden uitgedokterd waarbij beryllium aan het einde van de rit de juiste plekken inneemt, levert dat aanzienlijke energiebesparingen op. ‘In verlichting heeft de besparing potentieel een vergelijkbare omvang als de transitie van gloeilampen naar leds heeft opgeleverd. In energiedistributiesystemen is een besparing tot tien procent mogelijk’, stelt Filip Tuomisto van Aalto University.

Abonneer direct op onze nieuwsbrief

abonneren

Embedded Linux

14 mei - 18 mei

Eindhoven

Embedded Linux

14 mei - 18 mei

Eindhoven