Los contactos metálicos bidimensionales detienen las corrientes de fuga del transistor en sus pistas

Las computadoras, con toda su aparente complejidad, son básicamente una gran cantidad de interruptores electrónicos que se encienden y apagan en el orden correcto para procesar información digital. La tecnología de estado sólido ha hecho que estos interruptores sean muy pequeños e increíblemente rápidos.

El nitruro de galio, un material semiconductor, promete hacerlos aún más rápidos. Esto se debe a que los portadores de carga en el nitruro de galio, como los electrones, pueden moverse a través del material a altas velocidades. Esto hace que GaN sea útil en los llamados transistores de alta movilidad de electrones (HEMT) para aplicaciones de alta frecuencia y alta potencia, incluidos cargadores de teléfonos móviles, estaciones base 5G, radares y comunicaciones por satélite.

Un aspecto clave para optimizar el rendimiento de HEMT es hacer la conexión eléctrica que enciende o apaga el transistor. Estas llamadas puertas Schottky pueden sufrir altas corrientes de fuga que fluyen incluso cuando el transistor está apagado. Esto da como resultado un alto consumo de corriente y limita el voltaje que se puede aplicar antes de que falle el dispositivo.

Chuanju Wang del equipo de Xiaohang Li y Xiangming Xu del equipo de Husam Alshareef, junto con colegas y colegas de India y China, han demostrado que estas limitaciones se pueden minimizar fabricando una puerta Schottky a partir de una clase de materiales conocidos como MXenes: bidimensional metálico capas atómicamente delgadas de carburos, nitruros o carbonitruros de metales de transición. Los resultados de la investigación se publican en la revista Materiales avanzados.

Si bien los metales convencionales son la opción tradicional para los contactos eléctricos con GaN, las interacciones químicas entre los dos materiales crean defectos que pueden atrapar la carga eléctrica y reducir significativamente el control de la puerta. “Los materiales de contacto de puerta de metal tradicionales se depositaron utilizando métodos como la evaporación de haz de electrones y la pulverización catódica, que tienen un enlace químico directo con el sustrato semiconductor”, explica Wang.

“Hemos demostrado que nuestro MXene bidimensional crea un llamado contacto de van der Waals con el sustrato semiconductor, que puede reducir significativamente las trampas interfaciales y las cargas fijas”, dice.

El equipo de KAUST creó GaN HEMT con un contacto de puerta hecho de capas de MXene Ti ultrapuras₃C₂T_X. Su dispositivo mostró una corriente fuera de estado de solo 10-7 miliamperios por milímetro, que es aproximadamente 10¹³ menos que la corriente cuando HEMT está “encendido”. Esta relación de encendido y apagado es una mejora de tamaño de seis filas con respecto a los dispositivos con contactos de níquel-oro más convencionales.

“El siguiente paso es usar MXenes como material de contacto de la puerta Schottky en otros tipos de transistores como Ga₂ACERCA DE₃EN₂ACERCA DE₃NiO y AlN”, dice Wang.

Alshareef dice que él y el profesor Li están muy orgullosos de Chuanju y Xiangming por su creatividad y arduo trabajo. “Merecen mucho crédito por el éxito de este proyecto”.