Yhdysvaltalaisen Cornellin yliopiston tutkijat ovat löytäneet nopeasti liikkuvat positiiviset varaukset galliumnitridissä (GaN). Ne voivat tulla käyttöön tulevaisuudessa esimerkiksi 5G-verkkojen rakenteissa ja muussa elektroniikassa. Galliumnitridi on puolijohde, joka mullisti aikanaan energiatehokkaat LED-valaisimet

Pii on pitkään ollut pitkään puolijohteiden kuningas, mutta se vaatii seostusta virran kulun parantamiseksi tuottamalla tarvittaessa negatiivisia varauksia eli elektroneina tai positiivisia varauksia eli aukkoja. Se ei kuitenkaan sovellu suurten jännitteiden ohjauksiin.

Viime vuosina on syntynyt uudempi, laboratoriossa kasvatettujen puolijohdemateriaalien ryhmä: ryhmä III-nitridit. Galliumnitridillä (GaN) ja alumiininitridillä (AlN) ja niiden seoksilla on laajempi kaistaero, mikä mahdollistaa suuremmat jännitteet ja korkeammat taajuudet.

Erityisesti GaN ja piikarbidi soveltuvat energiamuunnosten tarpeisiin mutta GaN:in seostus on hankala ja tehoton. Nyt seosteiden käytön sijasta tutkijat kasvattivat ohuen GaN-kidekerroksen, jota kutsutaan kvanttikaivoksi, AlN-kiteen päälle.  Erona niiden kiderakenteissa todettiin tuottavan suuren tiheyden liikkuvia aukkoja.

Verrattuna magnesiumdopingiin tutkijat havaitsivat, että tuloksena saatu 2D-aukkokaasu tekee GaN-rakenteista lähes kymmenen kertaa johtavamman.

Nyt kun tutkimusryhmällä on kyky tehdä aukkokanavatransistoreita – joita kutsutaan p-tyyppisiksi -,  he aikovat yhdistää ne n-tyyppisiin transistoreihin monimutkaisempien piirien muodostamiseksi.

Tulevaisuudessa sellaiset avaavat uusia mahdollisuuksia suurten tehojen kytkentöihin, 5G-solutekniikkaan ja esimerkiksi energiatehokkaampiin puhelinten ja kannettavien tietokoneiden latureihin. Löydölle on jätetty patenttihakemus yliopiston teknologialisenssikeskuksen kautta.

Lisää: Nanobitteja (LINKKI), Cornellin yliopiston tiedoteuutinen (LINKKI) ja tutkimusartikkeli Science-tiedelehdessä (LINKKI)

Kuva: Xiang Li/Cornell University