Descripción general de las imágenes de sección transversal de ADF-STAD de la interfaz de contacto de metal Au/Ti/Ga2O3. La muestra A (no conductora) muestra una capa de contaminación de ∼1 nm de espesor entre la interfaz Ti y Ga2O3, que no se observa en muestras de contacto óhmicas lineales B-D. Crédito: materiales de APL (2025). Doi: 10.1063/5.0276786
Los investigadores de Cornell han descubierto un culpable casi invisible que obstaculiza el desarrollo de la electrónica de alta potencia de próxima generación: una capa microscópica de contaminación de carbono, a menudo dejada por las técnicas de exposición y fabricación del aire, que perjudica el flujo eléctrico en dispositivos hechos con óxido de galio. También han encontrado una solución.
A estudiar Publicado el 20 de junio en la revista APL Materials es uno de los primeros en visualizar directamente esta barrera delgada nanométrica que puede ocurrir cuando los metales están modelados en semiconductores, una interfaz esencial para ingresar y salir de los dispositivos electrónicos. Cuando estos contactos tienen resistencia, el rendimiento del dispositivo sufre.
El desafío es especialmente pronunciado en el óxido de galio beta, un material semiconductor con una brecha de banda ultra ancha que algún día podría permitir que dispositivos como vehículos eléctricos e infraestructura de cuadrícula manejen más eficientemente voltajes más altos.
“Ha sido un problema en el campo de óxido de galio durante bastante tiempo”, dijo Naomi Pieczulewski, estudiante de doctorado en Ciencias e Ingeniería de Materiales y autor principal del estudio. “A veces obtienes una buena conducción y a veces no tienes absolutamente ninguna conducción, y nadie realmente podría identificar por qué”.
La investigación de Pieczulewski abarca múltiples laboratorios de Cornell posicionados de manera única para investigar el problema, incluida una especializada en la producción de materiales de óxido y uno especializado en microscopía de resolución atómica.
Centrándose en la interfaz entre un óxido de galio beta y un contacto de titanio, Pieczulewski y sus colegas utilizaron la microscopía electrónica de transmisión de barrido y otras técnicas para comparar dos métodos comunes para fabricar el contacto: un proceso de despegue tradicional y un proceso de metal primero en el que se deposita el metal antes de que el semiconductor esté modificado.
(a), (c), (e) y (g) imágenes ADF-STEM de resolución atómica de la interfaz Ti/Ga2O3 a lo largo del eje de zona (001) en las muestras a-d. Todas las muestras muestran columnas intersticiales GA indicadas por flechas amarillas cerca de la superficie GA2O3. Una capa de contaminación oscura separa Ti de Ga2O3 en la muestra A, mientras que la transición de Ga2O3 a Ti da como resultado una adherencia casi perfecta en las muestras B-D. Crédito: materiales de APL (2025). Doi: 10.1063/5.0276786
En las muestras de despegue, los investigadores observaron una capa delgada y irregular de carbono entre el metal y el semiconductor que queda de los materiales fotorresistentes utilizados durante el procesamiento. Para abordar la contaminación, una exposición a la ozona UV de una hora eliminó efectivamente la capa de carbono, lo que permite una resistencia de contacto tan baja como 0.05 ohm-milímetros, entre los más bajos informados para los contactos de óxido de beta galio no aleados.
La contaminación del carbono resultante de la exposición al aire en el método de fabricación de metal primero se remedió con un tratamiento de oxígeno activo de cinco minutos, reduciendo significativamente la resistencia de contacto y mejorando el flujo de corriente.
“Esta investigación permite una forma de producir dispositivos de bandgap ultra de ancho confiables y consistentes”, dijo Pieczulewski. “Es un progreso incremental, pero creo que es significativo en términos de avanzar hacia la comercialización”.
La otra autora del estudio es Kathleen Smith, Ph.D. ’24. Los autores correspondientes incluyen a Huili Grace Xing, el profesor de ingeniería eléctrica e informática de William L. Quackenbush y de ciencia e ingeniería de materiales; y David Muller, profesor de ingeniería de Samuel B. Eckert en la Escuela de Física Aplicada e Ingeniería.
El estudio fue el primero en unirse en un trabajo de investigación, los siete investigadores coprescipales del Centro de Soluciones Epitaxiales AFRL-Cornell, también conocidas como Access, que junto con Xing y Muller incluyen a Debdeep Jena, el Profesor de Ingeniería de David E. Burr; Michael Thompson, el profesor de Dwight C. Baum en ingeniería; Darrell Schlom, profesor de la Universidad de Tisch; Farhan Rana, el profesor de ingeniería Joseph P. Ripley; y Hari Nair, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales.
Boise State University y Micron, a través de la Corporación de Investigación de Semiconductores (SRC), contribuyeron con técnicas de caracterización avanzada al estudio.
Más información: Naomi Pieczulewski et al, logrando resistencia de contacto de 0.05 Ω-mm en óhmicas de Ti/Au no seguidas a β-GA2O3 al eliminar el carbono superficial, los materiales APL (2025). Doi: 10.1063/5.0276786
Proporcionado por la Universidad de Cornell
Cita: los investigadores identifican la contaminación del carbono como barrera clave en la electrónica de óxido de galio (2025, 28 de julio) recuperado el 28 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-carbon-contamination-key-barrier-gallium.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
