Oxid galitý (Ga2O3) je moderný, tzv. ultraširokopásmový polovodičový materiál s energetickou medzerou na úrovni až 4.9 – 5.3 eV a oproti konvenčným polovodičom až s niekoľkonásobne väčším kritickým prierazným poľom (>8 MV/cm), vďaka čomu je vhodný na prípravu mikroelektronických štruktúr a súčiastok, kde je potrebné narábať s vysokými napätiami, resp. výkonmi. Ide o polovodič IV. generácie, ktorý zásadne rozširuje doterajšie možnosti, ktoré poskytovali polovodiče ako GaN a SiC, resp. III-V materiály pred nimi. Súčiastky na báze Ga2O3 nájdu uplatnenie najmä v zariadeniach konverzie el. energie ako sú spínacie zdroje v nabíjačkách pre spotrebnú elektroniku a elektromobilitu, vysokonapäťových usmerňovačoch, resp. pri detekcii hlbokého UV žiarenia pri prevencii požiarov a v obrannom segmente.
Zaoberáme sa základným materiálovým výskumom epitaxného rastu Ga2O3 vrstiev pomocou techník na báze chemickej depozície z pár organokovov (MOCVD) na cudzích podložkách za účelom zlepšenia odvodu stratového tepla spôsobeného samoohrevom Ga2O3 súčiastok, resp. s cieľom prípravy cenovo výhodných, veľkoplošných vrstiev, ktoré by umožnili ľahšie rozšírenie Ga2O3 technológie do priemyslu.
Taktiež sa zaoberáme vývojom a výrobou súčiastok na báze Ga2O3 – najmä spínacích tranzistorov s izolovanou hradlovou elektródou typu kov-oxid-polovodič (MOSFET), usmerňovacích diód a fotodetektorov pre hlbokú UV oblasť na báze štruktúr kov-polovodič-kov (MSM), resp. heteroštruktúr v kombinácii so syntetickým diamantom, NiO a pod.
Úspešne sme dosiahli epitaxný rast rôznych fáz Ga2O3 (α, β, κ) na zafírových a SiC podložkách pomocou MOCVD.
Významnou mierou prispievame aj k pochopeniu a odstráneniu obmedzení súvisiacich so samoohrevom súčiastok na báze Ga2O3. Predpovedali sme, že Ga2O3 MOSFET tranzistory pripravené na SiC podložkách našou technológiou môžu viesť k zásadnému zníženiu ich pracovnej teploty – až k takmer 300x v porovnaní s Ga2O3 podložkou.
Taktiež sme rozšírili poznatky o tepelných vlastnostiach veľmi tenkých vrstiev Ga2O3 rôznych fáz a tepelnej vodivosti rozhrania (TBC) medzi Ga2O3 vrstvou a cudzou podložkou.
Vyvinuli a pripravili sme heteroštruktúrne fotodiódy na báze kombinácie Ga2O3 n-typu a diamantu p-typu, ktoré sú necitlivé na viditeľné žiarenie a zároveň vysoko citlivé v UV oblasti – vhodné napr. na detekciu plameňa, korónového výboja vo vysokonapäťových vedeniach alebo v obrannom a vesmírnom priemysle.
Publikácie:
Xiao, X., Mao, Y., Meng, B., Ma, G., Hušeková, K., Egyenes, F., Rosová, A., Dobročka, E., Eliáš, P., Ťapajna, M., Gucmann, F., and Yuan, C.: Phase-dependent phonon heat transport in nanoscale gallium oxide thin films, Small 20 (2024) 2309961.
Gucmann, F., Nádaždy, P., Hušeková, K., Dobročka, E., Priesol, J., Egyenes, F., Šatka, A., Rosová, A., and Ťapajna, M.: Thermal stability of rhombohedral α- and monoclinic β-Ga2O3 grown on sapphire by liquid-injection MOCVD, Mater. Sci Semicond. Process. 156 (2023) 107289.
Hrubišák, F., Hušeková, K., Zheng, X., Rosová, A., Dobročka, E., Ťapajna, M., Mičušík, M., Nádaždy, P., Egyenes, F., Keshtkar, J., Kováčová, E., Pomeroy, J.W., Kuball, M., and Gucmann, F.: Heteroepitaxial growth of Ga2O3 on 4H-SiC by liquid-injection MOCVD for improved thermal management of Ga2O3 power devices, J. Vacuum Sci Technol. A 41 (2023) 042708.
Dobročka, E., Gucmann, F., Hušeková, K., Nádaždy, P., Hrubišák, F., Egyenes, F., Rosová, A., Mikolášek, M., and Ťapajna, M.: Structure and thermal stability of ε/κ-Ga2O3 films deposited by liquid-injection MOCVD, Materials 16 (2023) 20.
Egyenes, F., Gucmann, F., Rosová, A., Dobročka, E., Hušeková, K., Hrubišák, F., Keshtkar, J., and Ťapajna, M.: Conductance anisotropy of MOCVD-grown α-Ga2O3 films caused by (010) β-Ga2O3 filament-shaped inclusions, J. Phys. D: Appl Phys. 56 (2023) 045102.
Ťapajna, M., Egyenes, F., Hrubišák, F., Hušeková, K., Dobročka, E., Nádaždy, P., Rosová, A., Chouhan, H., Keshtkar, J., and Gucmann, F.: Liquid-injection MOCVD-grown Ga2O3 on sapphire and 4H-SiC substrates: Material, transport, and MOSFET properties. In: IMFEDK 2023: Inter. Meeting for Future of Electron Devices, Kansai. – IEEE, 2023, p. IN10. ISBN 979-8-3503-9378-1.
Hrubišák, F., Hušeková, K., Egyenes, F., Rosová, A., Kubranská, A., Dobročka, E., Nádaždy, P., Keshtar, J., Gucmann, F., and Ťapajna, M.: Structural and electrical properties of Ga2O3 transistors grown on 4H-SiC substrates. In: ASDAM 2022. Eds. J. Marek et al. IEEE 2022. ISBN 978-1-6654-6977-7. P. 115-118.
Egyenes, F., Gucmann, F., Dobročka, E., Mikolášek, M., Hušeková, K., and Ťapajna, M.: Transport properties of Si-doped ẞ-Ga2O3 grown by liquid-injection MOCVD. In: ASDAM 2022. Eds. J. Marek et al. IEEE 2022. ISBN 978-1-6654-6977-7. P. 119-122.
Egyenes-Pörsök, E., Gucmann, F., Hušeková, K., Dobročka, E., Sobota, M., Mikolášek, M., Fröhlich, K., and Ťapajna, M.: Growth of α- and β-Ga2O3 epitaxial layers on sapphire substrates using liquid-injection MOCVD, Semicond. Sci Technol. 35 (2020) 115002.