Ricercatori cinesi scoprono metodo innovativo per produrre l’essenziale ossido di gallio per i microchip

I ricercatori dell’Università di Zhejiang in Cina hanno ideato un nuovo metodo che consente una produzione più semplice ed economica di ossido di gallio, un’alternativa al silicio per semiconduttori, ha riferito il South China Morning Post. La scoperta assume importanza nel contesto del divieto di esportazione di gallio in Cina.

Il silicio può essere un componente significativo che alimenta le applicazioni basate su semiconduttori. Tuttavia, nel corso degli anni l’industria si è evoluta fino a utilizzare composti come l’arseniuro di gallio e il fosfuro di indio nei processi di produzione. L’ossido di gallio è il nuovo concorrente nell’arena.

Cos’è l’ossido di gallio?

L’ossido di gallio è un semiconduttore a banda ultra larga di quarta generazione in grado di resistere a un forte campo elettrico e consuma poca energia, risultanto particolarmente efficiente. Un gap di banda è la quantità di energia necessaria per liberare gli elettroni all’interno di un materiale semiconduttore e un gap di banda ultra ampio consente di utilizzare il materiale per applicazioni ad alta tensione.

Inoltre il gallio è un metallo di cui è semplice ottenere lo stato liquido, quindi è come il mercurio, ma sicuro.

Tra gli altri materiali con gap di banda ultra ampio, come il nitruro di gallio e il carburo di silicio, l’ossido di gallio presenta molti vantaggi, anche se finora la sua produzione era stata molto impegnativa.

L’ossido di gallio è l’unico materiale in grado di formare cristalli singoli a pressione atmosferica dopo la solidificazione da una fusione. Ciò può ridurre drasticamente i costi di fabbricazione, ma il processo richiede grandi quantità di iridio per creare un crogiolo per la fusione. Quindi per lavorare una terra rara era necessaria un’altra terra rara. 

Un crogiolo da quattro pollici richiede circa 11 libbre (cinque kg) di iridio; poiché il prezzo dell’iridio è tre volte quello dell’oro, ciò aumenta i costi di produzione. Ciò solleva anche preoccupazioni sulla proprietà intellettuale in Cina poiché il Giappone e gli Stati Uniti hanno utilizzato questo metodo.

L’innovazione cinese nel contesto del divieto statunitense

L’anno scorso, i ricercatori dello State Key Laboratory of Silicon Materials dell’Università di Zhejiang hanno realizzato wafer di ossido di gallio da due pollici. Quest’anno hanno migliorato il loro approccio e hanno realizzato wafer da quattro pollici. Il wafer è la materia prima per la produzione di un microchip. 

Il loro approccio migliorato prevedeva un metodo di fusione che utilizza fino all’80% in meno di iridio. Ciò contribuirà a ridurre i costi di produzione e a rendere il processo più breve e più gestibile per la produzione di massa.

Il team ha creato una società che detiene i brevetti per questi metodi migliorati e sta attualmente lavorando sull’utilizzo di un gradiente di temperatura per aumentare la dimensione dei cristalli prodotti.

Grazie al loro basso consumo energetico, i semiconduttori all’ossido di gallio sono ideali per l’uso nelle comunicazioni, nell’aerospaziale, nei radar e nei trasporti elettrificati come automobili e treni.

L’anno scorso, il Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti ha imposto un divieto di esportazione di ossido di gallio in Cina, citando preoccupazioni sulla sicurezza nazionale poiché potrebbero essere utilizzati anche per scopi militari. Il divieto mirava a impedire alla Cina di acquisire esperienza nei semiconduttori di prossima generazione, dove si prevede che l’ossido di gallio da solo rappresenterà un’opportunità da 1,5 miliardi di dollari entro la fine del decennio.

Non solo la Cina ha superato gli obiettivi del divieto ma, in una risposta “occhio per occhio”, ha imposto un divieto sull’esportazione di gallio e germanio dal 1° agosto di quest’anno.

Le tensioni tra Stati Uniti e Cina hanno portato anche i paesi occidentali a imporre divieti sui chip provenienti dalla Cina. Ancora una volta mirata a soffocare le innovazioni, la mossa ha avuto un effetto indesiderato quando Huawei ha presentato il suo nuovissimo telefono Mate 60 Pro con un chip estremamente potente.

Nello stesso tempo questo avanzamento tecnologico, con un cambio completo di tecnologia, minaccia di rendere unitili le sanzioni tecnologiche imposte dagli USA.