sábado, 26 de junio de 2010

Nitruro de Aluminio Titanio - AlTiN


El AlTiN es la mejor solucion para aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la oxidación  a alta temperatura, como en el maquinado a alta velocidad. Este recubrimiento muestra una temperatura de oxidación por encima de los 800 °C. Es un recubrimiento versátil que continua encontrando nuevas aplicaciones. Excelente para el maquinado de hierro gris, acero endurecido, inoxidable, aleaciones de titanio y alto niquel etc. Adecuado para aplicaciones a alta temperatura.
   
                                        AlTiN-Carretilla                  AlTiN-Chucks                      AlTiN-Dados               AlTiN-Machuelos

Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Nitruro de Aluminio Titanio - AlTiN


El AlTiN es la mejor solucion para aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la oxidación  a alta temperatura, como en el maquinado a alta velocidad. Este recubrimiento muestra una temperatura de oxidación por encima de los 800 °C. Es un recubrimiento versátil que continua encontrando nuevas aplicaciones. Excelente para el maquinado de hierro gris, acero endurecido, inoxidable, aleaciones de titanio y alto niquel etc. Adecuado para aplicaciones a alta temperatura.
   
                                        AlTiN-Carretilla                  AlTiN-Chucks                      AlTiN-Dados               AlTiN-Machuelos

Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Nitruro del galio del aluminio


Nitruro del galio del aluminio (AlGaN) es a material del semiconductor. Es una aleación de nitruro del aluminio y nitruro del galio.
AlGaN se utiliza para fabricar diodos electroluminosos funcionamiento en azul a ultravioleta región, donde las longitudes de onda abajo a 250 nanómetro (UV lejano) fueron alcanzadas. También se utiliza en azul lasers del semiconductor. También se utiliza en detectores de la radiación ultravioleta, y en AlGaN/GaN HEMT transistores.
AlGaN es de uso frecuente junto con nitruro del galio o nitruro del aluminio, formando heterojunctions.
Las capas de AlGaN se pueden también crecer encendido zafiro.

Aspectos de seguridad y de la toxicidad

La toxicología de AlGaN no se ha investigado completamente. El polvo de AlGaN es un irritante a pelar, ojos y pulmones. Los aspectos del ambiente, de salud y de seguridad de las fuentes del nitruro del galio del aluminio (por ejemplo trimethylgallium y amoníaco) e higiene industrial que supervisan estudios del estándar MOVPE las fuentes se han divulgado recientemente en una revisión [1].

Referencias

^ Ediciones del ambiente, de salud y de seguridad para las fuentes usadas en el crecimiento de MOVPE de semiconductores compuestos; D V Shenai-Khatkhate, R Goyette, R L DiCarlo y G Dripps, diario del crecimiento cristalino, vol. 1-4, pp. 816-821 (2004); doi:doi: 10.1016/j.jcrysgro.2004.09.007
Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Nanohilos que dan lugar a LEDs ultravioleta



Recientemente se ha descubierto una nueva técnica de fabricación que permite obtener pequeños LEDs (diodos emisores de luz) altamente eficaces, a partir de nanohilos. Estos LEDs emiten luz ultravioleta, lo que los hace muy apropiados para la mayor parte de dispositivos basados en luz, por no mencionar una aplicación muy importante como es el almacenamiento de datos. Esta nueva técnica de fabricación ha sido desarrollada en el 'National Institute of Standards and Technology (NIST)'.
 Dicha técnica es compatible con una producción comercial a gran escala, lo que representa ya de por sí una clara ventaja. Estos nanodispositivos emisores de luz podrían representar la base de una nueva tecnología más barata (muy importante) y ultra-compacta, que incluiría sensores y dispositivos de comunicación óptica. ¿Cuáles serían sus principales aplicaciones? Pues básicamente, para almacenamiento de información y como dispositivos sensores biológicos. Pero, para ello, los nanohilos de los que proceden tendrían que ser de un tipo particular de material semiconductor. Los candidatos que más prometen para estos 'nanoLEDs' son el nitruro de galio, el nitruro de aluminio y el nitruro de indio. Las técnicas de fabricación son variadas, entre ellas se encuentra la fotolitografía (que consiste en un grabado con luz), y otras técnicas variadas. En el NIST, lo que hacen es alinear los nanohilos aplicando un campo eléctrico, lo que les ahorra la actual forma de separarlos uno a uno, y esto es lo que hace que sea rentable a nivel comercial.
 Una característica de los nuevos nanohilos LEDs es que están hechos de un solo compuesto: nitruro de galio (GaN). En realidad son uniones P-N, y pueden funcionar con poca potencia. Cuando se aplica un voltaje a la unión, el LED emite luz con un pico de emisión que cae en el rango ultravioleta. El grupo que ha trabajado en esto en el NIST ha desarrollado diferentes LEDs y los ha probado comprobando que tenían las mismas propiedades ópticas, y que aguantaban además bastante tiempo.

Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Unos investigadores desarrollan una tecnología que reduce el costo de la iluminación LED.


Las bombillas tradicionales de incandescencia desperdician gran parte de la energía que consumen en calor, siendo por tanto muy ineficientes. Los tubos fluorescentes, o las bombillas de bajo consumo basadas en su misma tecnología, son más eficientes y duran más, pero presentan otros problemas. Con el tiempo pierden eficacia, tienen una demora a la hora de encenderse y tardan un rato en alcanzar su máxima luminosidad una vez encendidas. Lo peor es que contienen mercurio, un metal pesado muy contaminante. Por todo esto, y desde hace algún tiempo, se piensa en la introducción de diodos emisores de luz, o LED en sus siglas en inglés, como sistemas de iluminación. Esta tecnología es cuatro veces más eficiente que las bombillas tradicionales y si se adoptara de manera general se produciría un ahorro de energía de un 10% respecto al consumo total. Además pueden durar muchos años sin estropearse (se calcula que podrían llegar a unos 15).
Aunque la iluminación LED no es un sistema perfecto. Además del problema de no iluminar con una luz totalmente blanca son caros. Una cosa es el uso de unos cuantos LED en una linterna o un semáforo y otra es iluminar una oficina.
Ahora Timothy D. Sands y sus colaboradores de Purdue University han conseguido solucionar un gran obstáculo que había para la producción de LED baratos.
Los LED son fabricados sobre un substrato de zafiro, material que es muy caro de producir. Estos investigadores han conseguido la fabricación de LED a bajo coste utilizando un substrato de silicio recubierto con otro material.
Un LED es un dispositivo de estado sólido y emite luz gracias al uso de unos semiconductores, no hay filamento incandescente ni un gas encerrado en una ampolla ni nada similar. Como semiconductor se suelen emplear nitruro de galio sobre un substrato de zafiro, que además hace las veces de espejo reflector. El uso de este substrato de zafiro hace que una instalación de un sistema iluminación LED sea 20 veces más cara que la convencional.
En la nueva configuración se recubre un substrato de silicio con una capa reflectora de nitruro de circonio. Normalmente este compuesto es inestable en contacto con el silicio, pero estos investigadores lo han solucionado colocando una capa intermedia de nitruro de aluminio entre el substrato y la capa reflectora.
Para la manufactura del LED los investigadores usan una técnica de deposición por pulverización reactiva (reactive sputter deposition), que es habitual en la industria microelectrónica. En esta técnica se usa gas argón para bombardear el blanco del material que finalmente se deposita sobre el substrato. La ventaja del nitruro de zirconio y del nitruro de aluminio es que sus átomos se colocan adecuadamente sobre la estructura cristalina del silicio, capa atómica a capa atómica, en un crecimiento que se denomina epitaxial.
El arreglo de los átomos en estructura cristalina, cuando se tiene diversos compuestos y a veces con diferentes parámetros de red, no es sencillo y constituye uno de los retos con los se tiene que enfrentar que este tipo de científicos. Si la estructura cristalina no es la adecuada este tipo de dispositivos simplemente no funcionan.
Gracias a esta nueva tecnología se podrán producir LED a muy bajo coste y quizás sea posible su empleo masivo en iluminación. Se puede además producir muchos LED simultáneamente sobre la misma galleta de substrato y asimismo el nuevo substrato disipa mejor el calor, alargándose con ello la vida útil del dispositivo.
Como una gran parte del consumo de electricidad es debido a la iluminación, la adopción generalizada de la iluminación LED produciría un ahorro considerable. Una bombilla convencional tiene un rendimiento de un 10% mientras que los LED tienen un rendimiento de entre un 47% a un 64%. Sin embargo las lámparas LED actuales cuestan unos 100 dólares por lo que su amortización no es buena. Cuando este coste caiga a los 5 dólares es de esperar una generalización de su uso que sustituirá las lámparas fluorescentes.
Estos investigadores esperan que los LED de bajo coste lleguen al mercado en unos dos años, una vez se solucionen los pequeños problemas que todavía quedan.

Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Formula química del nitruro de aluminio


El Nitruro de Aluminio pertenece al grupo de las sales binarias o haloideas (por estar compuesto por dos elementos diferentes), esto lo podemos saber por su terminación en "uro", otro ejemplo es la sal Cloruro de Sodio (NaCl).
Para poder escribir su formula lo único que tenemos que hacer es poner en primer lugar el elemento que actúa como positivo o perdedor de electrones con un subíndice que corresponda a la valencia con que actúa el otro elemento, como en este caso el elemento positivo es el aluminio este va ir primero y como la valencia con que trabaja en este caso el nitrógeno es -3 (debe ser forzosamente la valencia negativa ya que el Nitrógeno en este caso como esta en primer lugar en el nombre esto indica que actúa como elemento negativo), por lo que la primera parte quedaría como Al3 (Aluminio con subíndice 3).
Ahora pasamos con el Nitrógeno, como es el negativo se escribe en segundo lugar con el subíndice que corresponde a la valencia con la que trabaja el Aluminio, esto es, con la de +3 (única valencia que tiene el Al), por lo que quedaría como N3 (Nitrógeno con subíndice de 3).
Como los dos elementos tienen subíndice de 3 estos no se pueden reducir, ya que solo para reducir se puede dividir entre 2.

Por lo que concluimos que la formula química del Nitruro de Aluminio es: Al3N3.


Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Respuesta piezoeléctrica del nitruro de aluminio




La piezoelectricidad consiste en la generación de un campo eléctrico en un material al serle aplicada una tensión mecánica que modifique su forma (efecto directo), o también en el cambio en la forma del material al aplicársele un cierto campo eléctrico (efecto inverso). Por lo tanto, es un mecanismo de conversión de energía mecánica en eléctrica y viceversa. [14]
Las características cristalinas del material (orientación de los cristales, tamaño de grano y estructura) condicionan sus propiedades piezoeléctricas. Los sistemas relevantes en cuestiones piezoeléctricas son los sistemas cúbico, ortorrómbico, tetragonal, trigonal y hexagonal. Como ya se ha mencionado, el nitruro de aluminio cristaliza en el sistema hexagonal, con simetría alrededor del eje c, por lo que debemos buscar un AlN hexagonal para garantizar una respuesta piezoeléctrica. Cabe anotar que las películas de nitruro de aluminio pueden presentar dos polaridades distintas dependiendo de la colocación de la celda unitaria, según el átomo central del tetraedro sea un átomo de aluminio o uno de nitrógeno.
Las propiedades morfológicas del material obtenido dependen en gran medida de su polaridad, ya que las películas terminadas en nitrógeno suelen tener una mayor rugosidad que las terminadas en aluminio, pero en cambio su calidad cristalina es mejor . Las condiciones iníciales de depósito influyen en gran medida en la polaridad del material obtenido. Aunque en principio podría pensarse que todo el material tiene la misma polaridad, sin embargo es posible que existan zonas en las que los cristales tienen distintas polaridades. La presencia de estos dominios de inversión se ha atribuido a distintas causas, como la naturaleza de la superficie del sustrato , los defectos extendidos relacionados con la presencia de átomos de oxígeno  y otras condiciones propias del crecimiento.

Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Estudio estructural del AlN



El método comúnmente utilizado para determinar la calidad cristalina de las películas policristalinas es la difracción de rayos X, ya que proporciona de forma directa información sobre la orientación cristalina, el estrés y el tamaño de grano. La difracción de rayos X (DRX) es una técnica no destructiva de análisis de materiales que se basa en el hecho de que los cristales difractan los rayos X que inciden sobre ellos de una forma que depende de su estructura. La difracción es un fenómeno relacionado con la forma en la que interactúan dos o más ondas cuyas fases son diferentes debido a la diferencia entre los caminos que recorren [13]. Sin embargo, ésta es una técnica relativamente cara y las medidas llevan mucho tiempo, mientras que, por el contrario, la espectroscopia de absorción de infrarrojos por transformada de Fourier es una técnica rápida y más barata. El aspecto de los picos de los espectros de FT-IR del nitruro de aluminio está relacionado con la orientación del material, por lo que dicha técnica podría ser una alternativa a las medidas habituales de DRX.
Al ser una técnica complementaria que me permite conocer que estructura se ha formado en la película, es de nuestro interés el tener difracciones en los planos (002), (101), (102) bien definidos pues estos nos garantizan un material con propiedades piezoeléctrico.

 
Estudio Vibracional del AlN
La espectrofotometría de infrarrojos por transformada de Fourier (FT-IR) es una técnica no destructiva ampliamente utilizada en la caracterización de materiales en forma de película delgada, que se basa en la absorción de fotones por los modos de vibración de los átomos enlazados en un sólido al hacer incidir sobre él un rayo de luz con una longitud de onda concreta en el rango del infrarrojo medio. Esta absorción se produce si la diferencia de electronegatividad entre los distintos átomos de la molécula es apreciable, y tiene lugar para unas frecuencias características que dependen del modo de vibración de los enlaces y del entorno químico, ya que para que un enlace absorba un fotón es necesario que la frecuencia de la luz incidente coincida con la frecuencia de vibración del enlace.[11] Por lo tanto, la posición y la intensidad de las bandas de absorción en el infrarrojo obtenidas permiten, en teoría, identificar los enlaces, determinar su estructura y estimar su concentración.
Las películas se analizaran con FTIR ya que con esta espectroscopia se pueden observar las frecuencias de vibración características de los enlaces de aluminio y además se puede determinar que tipo de estructura toma el aluminio con el nitrógeno y de esta manera encontrar la película con las mejores propiedades para ser un buen piezoeléctrico.

Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Nitruro de aluminio nominales constantes físicas:


Peso molecular (g / mol.)
40,99
Densidad aparente (g/cm3)
3,26
Toque Densidad (g/cm3)
0,40 a 0,57
Punto de fusión (° C)
3000 ° C (se descompone)
Punto de ebullición (° C)
sublima en 2200
Superficie específica (m2 / g)
2,7 a 3,4
Conductividad térmica (W / mK)
100 a 220
Dureza de Mohs @ 20 ° C
5-7
pH
6,3
Peso específico
3,26
Fase de Cristal
monofásicos de AlN
Cristalografía
hexagonal
Color
blanco

Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Nitruro de aluminio nominales constantes físicas:


Peso molecular (g / mol.)
40,99
Densidad aparente (g/cm3)
3,26
Toque Densidad (g/cm3)
0,40 a 0,57
Punto de fusión (° C)
3000 ° C (se descompone)
Punto de ebullición (° C)
sublima en 2200
Superficie específica (m2 / g)
2,7 a 3,4
Conductividad térmica (W / mK)
100 a 220
Dureza de Mohs @ 20 ° C
5-7
pH
6,3
Peso específico
3,26
Fase de Cristal
monofásicos de AlN
Cristalografía
hexagonal
Color
blanco
Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Calidad cristalina del nitruro de aluminio



Desde un punto de vista cristalográfico un material policristalino es bueno cuando el tamaño de sus microcristales es grande en la dirección perpendicular al sustrato y cuando éstos se encuentran muy bien orientados. Puesto que el nitruro de aluminio con estructura wurtzita tiene cuatro átomos en la celda unitaria, existen nueve modos ópticos y tres modos acústicos para k ≈ 0 (en el centro de la zona de Brillouin) los cuales son teóricamente:
(E2) 303 cm − 1 , (E2) 426 cm-1, (A1) 514 cm-1 , (E1) 614 cm-1 , (A1) 663 cm-1 , (E1) 671.6cm-1 (A1) 659.3cm-1 , (E1) 821 cm-1 (E1) 895cm-1) [12].

De entre todos estos modos, sólo los modos A1 y E1 pueden activarse por la radiación infrarroja [12,14] . Dichos picos corresponden a los modos transversales ópticos E1(TO) 671.6 cm-1 y A1(TO) 614 cm-1 del nitruro de aluminio hexagonal. El modo E1(TO) en 671.6cm-1 se excita por un campo eléctrico perpendicular al eje c de la molécula, mientras que el modo A1(TO) en 614 cm-1 se excita por un campo paralelo a dicho eje. Por lo tanto, el aspecto de los dos picos del espectro dará información sobre la posición de las moléculas de nitruro de aluminio y, por tanto, la orientación de los microcristales, respecto al haz de luz incidente.

La existencia de estos dos picos se debe a la excitación por parte de la señal incidente de los modos ópticos E1(TO) y A1(TO) (esquematizados en la figura 2) debido a la diferencia de electronegatividad entre los átomos de nitrógeno y los de aluminio en la molécula de AlN.
Raul Armando Torres Galindo
asignatura EES
seccion 02

Nitruro de aluminio

En los últimos años se ha realizado un esfuerzo importante en la búsqueda de nuevos materiales con estructuras cada vez más complejas, que presenten a la vez propiedades de conducción iónica y electrónica. [1] Este tipo de materiales, como el nitruro de aluminio, tienen aplicaciones en campos importantes de la tecnología como componentes de diversos dispositivos optoelectrónicos. De entre los nuevos materiales estudiados se destacan los nitruros metálicos. En este tipo de compuestos no existe todavía un conocimiento profundo de los mecanismos de transporte de carga por lo que se hace necesario un estudio fundamental en muestras de gran calidad cristalina.
Como película policristalina orientada en el eje c, el nitruro de aluminio (AlN) se puede implementar como componente en sensores ópticos en el rango de ultravioleta (UV), así como en dispositivos óptico-acústicos.
Existe un amplio interés en el nitruro de aluminio hexagonal por su aplicación en LED's y detectores en el azul y ultravioleta, debido a su notable estabilidad térmica y química, también es conveniente para su aplicación en ambientes extremos de altas temperaturas.
Es de gran importancia para el país el estudio y desarrollo de nuevas técnicas de investigación como la deposición por láser pulsado (PLD) ya que se pueden generar nuevos materiales nanoestructurados como es en este caso el de los nitruros del grupo III-V uno de ellos el AlN pues esta siendo objeto de estudio debido a sus amplias perspectivas de aplicación en dispositivos semiconductores en las regiones de las longitudes de onda del azul y el ultravioleta; además de que se crean jóvenes investigadores que pueden contribuir a la ciencia y desarrollo del país con la ayuda de las universidades que trabajan en estos temas y de los grupos que existen en estas líneas de investigación posibilitando avances tecnológicos necesarios para la industria nacional.
MATERIAL
El nitruro de aluminio cristaliza en el sistema hexagonal, con una estructura de tipo wurtzita (caracterizada por sus constantes de red a y c) experimentalmente se encuentra que la fase wurzita es la estructura cristalina más estable para el AlN. Es el material de banda más ancha a temperatura ambiente (Eg =6.2 eV) siendo considerado un semiconductor del grupo III-V lo que le confiere propiedades luminiscentes. La luminiscencia es un proceso que se caracteriza por un espectro de emisión con una banda dominante centrada en 400 nm, aproximadamente. Esta emisión se atribuye a una recombinación de procesos relacionados con los dominios de oxígeno en la red de AlN. [8] Igualmente el AlN posee altas propiedades como dureza (2x103 kgf mm-2), temperatura de fusión (2400ºC), así como una velocidad acústica alta (5760 m/s)
Cada átomo de aluminio está ligado a cuatro átomos de nitrógeno y viceversa, formando un tetraedro distorsionado con tres enlaces Al-N(i) (i = 1,2,3) separados 120º y situados en un plano perpendicular al enlace Al-N(0) en la dirección del eje c.
La técnica que se empleará para el depósito de las películas de nitruro de aluminio es la deposición por láser pulsado. Inicialmente esta técnica era poco considerada debido a su tendencia de depositar macropartículas junto con átomos y moléculas. Sin embargo, debido al éxito para depositar capas finas de cerámicas superconductoras de alta temperatura crítica, se despertó un gran interés en el perfeccionamiento de la técnica, utilizándose hoy ya en escala industrial. La interacción de los pulsos de alta densidad de energía del láser con un material sólido, usualmente de excímero, es capaz de generar partículas con características fuera del equilibrio.
La mayoría de éstas son especies atómicas y moleculares, electrónica y vibracionalmente excitadas, con energías cinéticas suficientes para superar las barreras que conduzcan a la formación de nuevos compuestos o fases singulares la técnica puede dar origen a la formación de compuestos en fases metaestables con propiedades únicas.
El nitruro de aluminio que se desea depositar se caracterizará tanto desde el punto de vista estructural y cristalográfico como desde el punto de vista piezoeléctrico. Estas caracterizaciones se llevan a cabo paralelamente con las tareas de producción del material. De esta manera es posible aplicar la información obtenida a la selección de los parámetros de depósito del AlN para conseguir un material con las propiedades cristalinas, morfológicas y piezoeléctricas óptimas.

RAUL ARMANDO TORRES GALINDO
ASIGNATURA EES
SECCION 02

domingo, 21 de marzo de 2010

HEMT



soportes para Transistor de movilidad de electrón alto, y también se llama FET de la heteroestructura (HFET) o FET modulation-doped (MODFET). Un HEMT es a transistor de efecto de campo incorporar una ensambladura entre dos materiales con diferente boquetes de la venda (es decir. a hetejuntion) como el canal en vez de una región dopada, al igual que generalmente el caso para MOSFETs. Una combinación material de uso general es GaAs con AlGaAs, aunque hay variación amplia, dependiente en el uso del dispositivo. Los dispositivos que incorporan más indio demuestran generalmente un funcionamiento de alta frecuencia mejor, mientras que estos últimos años, nitruro del galio Los HEMTs han visto un aumento masivo en el esfuerzo de la investigación, debido a su funcionamiento de alta potencia.
Para permitir generalmente la conducción, los semiconductores necesitan ser dopados con las impurezas para generar electrones móviles en la capa. Sin embargo, esto hace electrones retrasar porque terminan encima de chocar con las impurezas que fueron utilizadas para generarlas en el primer lugar. El HEMT, sin embargo, es un dispositivo elegante para resolver esta contradicción unsolvable aparentemente inherente.
El HEMT logra esto por medio de los electrones altos de la movilidad generados usando el heterojunction de un n-tipo ancho-bandgap alto-dopado donante-provee la capa (AlGaAs en nuestro ejemplo) y una capa estrecha-bandgap no-dopada del canal sin las impurezas del dopant (GaAs en este caso). Los electrones generados en el n-tipo gota de capa delgada de AlGaAs totalmente en la capa del GaAs para formar una capa agotada de AlGaAs, porque el heterojunction creado por diversos materiales del venda-boquete forma a pozo del quántum (una barranca escarpada) en la venda de conducción en el lado del GaAs de donde los electrones pueden moverse rápidamente sin chocar con cualquier impureza porque la capa del GaAs es undoped, y de cuál no pueden escaparse. El efecto de esto es crear mismo una capa delgada de electrones que conducen altamente móviles con la concentración muy alta, dando el canal muy bajo resistencia (o ponerlo otra manera, "alta movilidad de electrón"). Esta capa se llama a gas de dos dimensiones del electrón. Como con todos los otros tipos de FETs, un voltaje aplicado a la puerta altera la conductividad de esta capa.
Ordinariamente, los dos diversos materiales usados para un heterojunction deben tener igual constante del enrejado (espaciamiento entre los átomos). Como analogía, imagínese el empujar juntos de dos peines plásticos con un espaciamiento levemente diverso. En los intervalos regulares, usted verá dos dientes agrupar junto. En semiconductores, estas discontinuidades son una clase de "trampa", y reducen grandemente funcionamiento del dispositivo.
Un HEMT donde se viola esta regla se llama a pHEMT o pseudomorphic HEMT. Esta hazaña es alcanzada usando extremadamente una capa delgada de uno de los materiales - tan delgadamente que el enrejado cristalino estira simplemente para caber el otro material. Esta técnica permite la construcción de transistores con más grande bandgap diferencias que de otra manera posibles. Esto les da un funcionamiento mejor.
Otra manera de utilizar los materiales de diversas constantes del enrejado es poner una capa del almacenador intermediario entre ellas. Esto se hace en mHEMT o metamórfico HEMT, un adelanto del pHEMT desarrollado estos últimos años. En almacenador intermediario la capa se hace de AlInAs, con indio la concentración calificó de modo que pueda emparejar la constante del enrejado del substrato del GaAs y GaInAs canal. Esto trae la ventaja que prácticamente cualquier concentración del indio en el canal puede ser observada, así que los dispositivos se pueden optimizar para diversos usos (la concentración baja del indio proporciona bajo ruido; la alta concentración del indio da arriba aumento).
Los usos son similares a MESFETs - microonda y onda milimétrica comunicaciones, proyección de imagen, radar, y astronomía de radio - cualquier uso donde el aumento y de poco ruido altos en los de alta frecuencia se requieren. A la hora de la escritura, los HEMTs han demostrado el aumento actual >de 600GHz y el aumento de la energía >a 1THz. (Transistores bipolares del Heterojunction fueron demostrados en las frecuencias del aumento actual sobre 600 gigahertz en abril de 2005.) Las compañías numerosas por todo el mundo desarrollan y fabrican los dispositivos HEMT-basados. Éstos pueden ser transistores discretos pero más generalmente bajo la forma de circuito integrado llamó a MMIC el estar parado para el "circuito integrado monolítico de la microonda". Los dispositivos del HEMT se encuentran en muchos tipos de equipo que se extienden de cellphones y DBS receptores a guerra electrónica sistemas por ejemplo radar y para astronomía de radio.

Jorge Polentino
CI 19769972
EES
http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/HEMT


Discover the new Windows Vista Learn more!

GaN transistors


GaN heterostructure field-effect transistors (HFETs) are promising devices for high-power and high-voltage applications, because the electron density in the channel region formed at the heterointerface is very large due to the internal polarization effects, and the band gap of GaN is very large. As one of the application targets, GaN power amplifiers for cellphone base stations are being studied at a lot of universities and companies in te world. However, the target frequency range is less than 10 GHz, and there have been little reports on the study of GaN transistors for higher frequency.
  We are working on the development of the GaN HFETs capable of operating in millimeter-wave and submillimeter-wave ranges, especially above the V-band (50-75 GHz). For this research goal, we are studying all material growth, device processing, and device characterization in our group.
RFfvf?fYf}MBE'.'u
RF-MBE
Xü?ñÜ'.'u
X-ray diffraction
GaN transistor features
EHigh power
DHigh voltage endurance
DHig temperature endurance
DHigh radiation endurance
DLarge amount of resources
GaN transistors application in mm-wave range
D Car rader (60, 76 GHz)
D Car wireless comm. (60, 76 GHz)
D Intelligent transportation system, ITS (60, 76 GHz)
D Space satellite - Ground comm. (26-40 GHz)
D Satellite - Satellite comm.i>30 GHz)
D Last-mile comm. (70-100 GHz)

RIE'.'u
EB lithographer
flfbfgf[fNfAfif?fCfU[
Network analyzer

Latest Research Developments

AlGaN/GaN HFETs with thin and high-Al-content barrier layers The development of faster GaN HFETs are indispensable to the realization of high-speed and high-power ones operating in mm-wave ranges. For this sake, decreasing a gate length to less than 100 nm is one of the most effective ways. However, for a short gate with a length 100 nm, decreasing the thickness of the barrier layer with shortening gate length is also important in maintaining the aspect ratio defined by the gate-channel distance and fabricated gate length high to prevent the effective gate length at the channel interface from increasing. In the case of AlGaN/GaN HFETs, however, there is a large problem that the channel sheet resistance increases since the mobility and electron density decrease when the AlGaN barrier thickness is decreased from 25-30 nm, which is usually used for AlGaN/GaN HFETs, to less than 15 nm.
  To overcome these problems, we are focusing on AlGaN/GaN HFET structures with a thin and high-Al-content barrier layers, because the enhanced polarization due to the high-Al-content barrier can compensate for the decrease in electron density with decreasing barrier thickness.
  We succeeded in growing high-quality and crack-free Al0.4Ga0.6N/GaN HFET structures by RF-MBE, which have higher-Al content barriers than the usual ones. We consider that RF-MBE is a suitable technique for growing a high-Al-content AlGaN layer, because its growth temperature is generally 200-300 degree C lower than that in MOCVD. We have fabricated AlGaN(8nm)/GaN HFETs, which demonstrated good DC device characteristics; a high transconductance(gm>400 mS/mm), a high maximum current density (Imax=0.83 A/mm). Those devices also showed excellent RF characteristics for the one with the gate length of 1 micron; a short-circuit current-gain cutoff frequency of ft=13.9 GHz and a maximum oscillation frequency of 26.3 GHz.
  We are now working on fabricating short-gate devices with a length of less than 100 nm to enhance high-frequency characteristics further.
















I-V"Á«,ÌfOf?ft
I-V curves
RF¬M?"Á«,ÌfOf?ft
RF small-signal characteristics
RFADC""Á«,ÌAlGaNá.Ç'wOú^Ë'¶«,ÌfOf?ft
AlGaN barrier thickness dependences of
RF and DC characteristics
InAlN/GaN HFET structure For the improvements in the operation power and speed of GaN-based HFETs, decreasing a barrier thickness with increasing an Al composition in barrier is effective to have the large polarization effect. However, it is very difficult to grow an AlGaN layer with an Al composition of larger than 0.5 on GaN coherently, even by RF-MBE, which can grow nitrides at low temperature.
  InAlN with Al=0.93 is lattice matched to GaN, thus it is possible to realize InAlN/GaN HFETs with a very large A composition in barrier layers, which can be 0.8-0.9. As a result, larger electron density can be expected for very thin barriers.
   We have succeeded in growing high-quality InAlN/GaN HFET structures by RF-MBE and the transistor device operation. This is the first demonstration in the world, to our knowledge. We are now studying to improve the device characteristics by optimizing crystal growth and device processing.
InAlN/GaN HFET\'¢,Ì-ÍZ®}
InAlN/GaN HFET structure
AlGaN/GaN HFET,ÆInAlN/GaN HFET,Ì
Electron density in AlGaN/GaN HEFTs and in InAlN/GaN HFETs as a function of barrier thickness
I-V"Á«,ÌfOf?ft DCfgf?f"fXftf@["Á«,ÌfOf?ft
I-V curves DC transfer characteristics

Jorge Polentino
CI 19769972
EES
http://images.google.co.ve/imgres?imgurl=http://act.nict.go.jp/mwd/image/details/transistor/gan_transistor/gt_9_1.jpg&imgrefurl=http://act.nict.go.jp/mwd/details/transistor/gan_transistor_e.html&usg=__QBmvWCnr4CroUY6uKa6jUxHeOUE=&h=251&w=280&sz=39&hl=es&start=4&itbs=1&tbnid=d38KAjwlqabp_M:&tbnh=102&tbnw=114&prev=/images%3Fq%3DInAlN%26hl%3Des%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1


Discover the new Windows Vista Learn more!

Device Processing Improvements in III-Nitrides


We have examined the wet etching of AlN and In(x)Al(1-x)N in KOH solutions as a function of crystal quality, etch temperature and composition. AlN samples prepared by reactive sputtering on Si substrates at -200 deg C were annealed at temperatures from 400 to 1100 deg C and as expected, the etch rate decreased with anneal temperature, indicating improved crystal quality. We found that InAlN on Si substrates had higher wet etch rates. Both AlN and InAlN samples had an increase in etch rate with etch temperature. the etch rate for the InAlN increased as the in composition increased from 0 to 36%, and then decreased to zero for InN. Finally the effect of doping concentration in InAlN samples of similar In concentration (-3%) was examined and much higher etch rates were observed for the heavily doped material at solution temperatures above 60 deg C.


Jorge Polentino
CI 19769972
EES
http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADA360823


Connect to the next generation of MSN Messenger  Get it now!

AlGaN and InAlGaN epitaxial growth, optical y electrical propierties, and applications


III-nitride wide bandgap semiconductors, with energy band

gap varying from 0.8 eV (InN) to 3.4 eV (GaN) to about
6.2 eV (AlN), have been recognised as technologically important
materials [1–10]. Photonic devices based on
III-nitrides offer benefits including UV/blue emission,
large band offsets of GaN/AlN or InN/AlN heterostructures
allowing novel quantum well (QW) device design, and inherently
high emission efficiencies. Furthermore, electronic
devices based on III-nitride heterostructures, including
heterojunction field effect transistors (HFETs) and bipolar
transistors (HBTs), have great promises in microwave and
millimeter-wave electronic device applications, due to the
high peak electron velocity, high saturation velocity, high
breakdown voltage, low noise, and thermal stability of the
system. III-nitride based optoelectronic and electronic devices
may operate at much higher temperatures and voltages/
power levels for any dimensional configuration and in
harsher environments than other semiconductor devices
and are expected to provide much lower temperature sensitivities,
which are crucial advantages for many applications.
Although tremendous progress has been made for
III-nitrides research and development in terms of both fundamental
understanding as well as devices applications, the
materials we understand relatively well today is just GaN


compound and In (Al) GaN alloys with In (Al) content less
than 30% (50%). InGaN alloys with high In contents
(50%), which emit light in the orange to red colour spectral
range, can be replaced by other semiconductors. However,
AlGaN alloys with high Al contents, covering from 350 nm
to 200 nm, cannot be replaced by any other semiconductor
system due to the fact that no other semiconductors possess
such a large direct bandgap (diamond is 5.4 eV with indirect
bandgap) as well as the ability of bandgap engineering
through the use of III-nitride heterostructures.
There is currently a great need of solid-state ultraviolet
(UV) emitters for detection of chemical and biological
agents as well as for general lighting. In such applications
based on III-nitride wide bandgap semiconductors, conductive
n-type and p-type AlGaN or InAlGaN alloys with high
Al contents are indispensable. The use of high Al-content
AlGaN layer is also expected to increase the overall figure
of merit of the AlGaN/GaN HFETs due to the combined
advantages of enhanced band offset, lattice mismatchinduced
piezoelectric effect, and the electron velocity in the
two dimensional electron gas (2DEG) channel. Thus improving
the material quality of high Al content AlGaN alloys
is also of crucial importance for fabricating high performance
AlGaN/GaN HFETs.
This paper summarises some of the recent advances
made by the authors' group on the growth, characterization
and applications of AlGaN and InAlGaN alloys. It was
shown that the effect of carrier localisation in undoped
AlGaN alloys enhances with increased Al contents and is


related to the insulating nature of AlGaN of high Al contents.
It was also shown that AlxGa1-xN alloys could be
made n-type for x up to 1 (pure AlN). Time-resolved
photoluminescence (PL) studies carried out on these materials
have revealed that Si-doping reduces the effect of carrier
localization in AlxGa1–xN alloys and a sharp drop in
carrier localisation energy as well as a sharp increase in
conductivity occurs when the Si doping concentration increases
to above 1 1018 cm–3. For the Mg-doped
AlxGa1–xN alloys, p-type conduction was achieved for x up
to 0.27. From the Mg acceptor activation energy as a function
of Al content, the resistivity of Mg-doped AlxGa1–xN
with high Al contents can be estimated. For example, the
projected resistivity of AlxGa1–xN (x = 0.45) is around
2.2 104 cm. Thus, alternative methods for acceptor activation
in AlGaN or InAlGaN with high Al contents must
be developed before the high performance deep UV emitters
can be realised.
The optical properties of AlGaN/GaN heterostructures
with high Al content were also studied. Due to the strong piezoelectric
polarisation and deep triangular potential notch
in AlxGa1–xN/GaN (x = 0.5) heterointerface, a total of five
emission lines related with the 2DEG in AlxGa1–xN/ GaN (x

= 0.5) heterostructure have been observed, which correspond
to the recombination between the electrons from different
sub-bands (n = 1 to 5) in the conduction band and the
photoexcited holes in the valence band. The 2DEG PL emission
lines were found to be observable at temperatures as
high as 220 K, in sharp contrast to the AlGaAs/GaAs
heterostructures system in which the 2DEG emission lines
were observable only at low temperatures (T <20 K).
Optoelectronic properties of InAlGaN quaternary alloys
were studied. It was observed that the dominant optical
transition at low temperatures in InxAlyGa1–xN quaternary
alloys was due to localized exciton recombination, while
the localisation effects in InxAlyGa1–xN quaternary alloys
were combined from those of InGaN and AlGaN ternary
alloys with comparable In and Al compositions. Our studies
have revealed that InxAlyGa1–xN quaternary alloys with
lattice matched with GaN epilayers (y ~4.8x) have the highest
optical quality. The quantum efficiency of
InxAlyGa1–xN quaternary alloys was also enhanced significantly
over AlGaN alloys with a comparable Al content. It
was also found that the responsivity of the InxAlyGa1–x–yN

quaternary alloy photodetectors exceeded that of AlGaN alloy
of comparable cut-off wavelength by a factor of five.
The AlGaN ternary and InAlGaN quaternary were incorporated
into UV (340 nm) emitter structures. The operation of
340 nm micro-size UV emitters have been demonstrated.
AlN epilayers with high optical qualities have also been
grown on sapphire substrates. Very efficient band-edge PL
emission lines have been observed for the first time with
above bandgap deep UV laser excitation. We have shown
that the thermal quenching of the PL emission intensity is
much less severe in AlN than in GaN and the optical quality
of AlN can be as good as GaN.

Jorge Polentino
CI 19769972
EES
http://www.wat.edu.pl/review/optor/10(4)271.pdf


Explore the seven wonders of the world Learn more!