伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的洛伊丝·约克苏里安 李秀领教授的最新项目中，艺术家在β-氧化镓半导体衬底上绘制了马切奇制造的鳍阵列结构
信用:ACS Nano 伊利诺伊大学的电气工程师通过将该领域最热门的材料——β-氧化镓加入他们的武库，扫除了高功率半导体制造中的另一个障碍
研究人员说，β-氧化镓很容易获得，有望比今天领先的半导体材料——氮化镓和硅——更快、更有效地转换功率
他们的发现发表在《美国化学学会纳米》杂志上
平面晶体管已经变得尽可能小，但是研究人员通过垂直来解决这个问题
通过一种叫做金属辅助化学蚀刻的技术
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工程师使用化学溶液将半导体蚀刻成三维鳍状结构
鳍增加了芯片的表面积，允许更多的晶体管或电流，因此可以处理更多的功率，同时保持芯片的尺寸不变
在美国研发
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研究人员说，MacEtch方法优于传统的“干”蚀刻技术，因为它对脆弱的半导体表面(如β-氧化镓)的损伤小得多
“氧化镓有一个更宽的能隙，电子可以在其中自由移动，”该研究的主要作者、电子和计算机工程教授李秀领说
“对于高电压甚至低电压、开关频率快的电子产品，这种能隙需要很大，因此我们对这种用于现代器件的材料非常感兴趣
然而，它具有比纯硅更复杂的晶体结构，使得在蚀刻过程中难以控制
" 李说，将MacEtch应用于氧化镓晶体可能有利于半导体行业，但这一进展并非没有障碍
“现在，蚀刻过程非常缓慢，”她说
“由于速度慢和材料的复杂晶体结构，生产的三维鳍不是完全垂直的，垂直鳍是有效利用功率的理想选择
" 在新的研究中，β-氧化镓衬底产生三角形、梯形和锥形鳍，这取决于金属催化剂布局相对于晶体的取向
尽管这些形状并不理想，但研究人员惊讶地发现，它们仍然比平坦的、未蚀刻的β-镓氧化物表面更好地传导电流
“我们不确定为什么会这样，但是我们开始通过对材料进行原子级表征来获得一些线索，”李说
“最重要的是，我们已经展示了使用浸渍工艺制造β-氧化镓的可能性，β-氧化镓是氮化镓的潜在低成本替代品，具有良好的界面质量
" 李说，进一步的研究将需要解决蚀刻速率慢的问题，实现高性能的β-镓氧化物器件，并试图解决低热导率的问题
她说:“增加蚀刻速率应该可以提高工艺形成更多垂直鳍的能力。”
“这是因为这个过程发生得太快，以至于没有时间对晶体取向的所有差异做出反应
" 她说，低热导率是一个更深层次的问题
“大功率电子设备产生大量热量，设备研究人员正在积极寻求热能工程解决方案
虽然这是目前半导体领域的一个非常开放的方面，但像我们所展示的三维结构可以帮助一些器件类型更好地散热
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