La dispersione degli elettroni sotto l'interfaccia al carburo di silicio (SiC) è limitata da tre fattori:rugosità dell'interfaccia SiC, cariche sotto l'interfaccia SiC e vibrazione atomica. Credito:2017 Mitsubishi Electric Corporation.
Un gruppo di ricerca in Giappone ha annunciato di aver quantificato per la prima volta gli impatti di tre meccanismi di diffusione degli elettroni per determinare la resistenza dei dispositivi a semiconduttore di potenza al carburo di silicio (SiC) nei moduli a semiconduttore di potenza. Il team dell'università-industria ha scoperto che la resistenza sotto l'interfaccia SiC può essere ridotta di due terzi sopprimendo la dispersione degli elettroni dalle cariche, una scoperta che dovrebbe ridurre il consumo di energia nelle apparecchiature elettriche abbassando la resistenza dei semiconduttori di potenza SiC.
Apparecchiature elettriche utilizzate nell'elettronica domestica, macchinario industriale, treni e altri apparati richiedono una combinazione di massima efficienza e dimensioni ridotte al minimo. Mitsubishi Electric sta accelerando l'uso di dispositivi SiC per moduli a semiconduttore di potenza, che sono componenti chiave nelle apparecchiature elettriche. I dispositivi di alimentazione SiC offrono una resistenza inferiore rispetto ai dispositivi di alimentazione al silicio convenzionali, quindi per abbassare ulteriormente la loro resistenza è importante comprendere correttamente le caratteristiche della resistenza sotto l'interfaccia SiC.
"Fino ad ora, però, era stato difficile misurare separatamente i fattori limitanti la resistenza che determinano la diffusione degli elettroni, "dice Satoshi Yamakawa, senior manager del SiC Device Development Center presso l'Advanced Technology R&D Center di Mitsubishi Electric.
La diffusione degli elettroni incentrata sulla vibrazione atomica è stata misurata utilizzando la tecnologia dell'Università di Tokyo. L'impatto che le cariche e le vibrazioni atomiche hanno sulla diffusione degli elettroni sotto l'interfaccia SiC si è rivelato dominante nelle analisi di Mitsubishi Electric sui dispositivi fabbricati. Sebbene sia stato riconosciuto che la diffusione degli elettroni sotto l'interfaccia SiC è limitata da tre fattori:la rugosità dell'interfaccia SiC, le cariche sotto l'interfaccia SiC e la vibrazione atomica, il contributo di ciascun fattore non era stato chiaro. Per confermare l'impatto delle accuse, i ricercatori hanno fabbricato un transistor ad effetto di campo SiC metallo-ossido-semiconduttore di tipo planare (SiC-MOSFET), in cui gli elettroni conducono dall'interfaccia SiC a circa diversi nanometri.
I risultati della ricerca mostrano che la rugosità dell'interfaccia SiC ha scarso effetto nel limitare la resistenza, mentre le cariche sotto l'interfaccia SiC e la vibrazione atomica sono fattori dominanti. Credito:2017 Mitsubishi Electric Corporation.
"Siamo stati in grado di confermare a un livello senza precedenti che la rugosità dell'interfaccia SiC ha scarso effetto mentre le cariche sotto l'interfaccia SiC e la vibrazione atomica sono fattori dominanti, "dice Koji Kita, professore associato presso la Graduate School of Engineering dell'Università di Tokyo e uno degli scienziati a capo della ricerca.
Utilizzando un precedente dispositivo SiC-MOSFET di tipo planare per il confronto, la resistenza è stata ridotta di due terzi a causa della soppressione della diffusione degli elettroni, che è stato ottenuto facendo condurre gli elettroni lontano dalle cariche sotto l'interfaccia SiC. Il precedente dispositivo di tipo planare ha la stessa struttura di interfaccia di quella del SiC-MOSFET fabbricato dal produttore di elettronica.
Per il test, Mitsubishi Electric si è occupata della progettazione, fabbricazione e analisi dei fattori di limitazione della resistenza e l'Università di Tokyo ha gestito la misurazione dei fattori di diffusione degli elettroni.
"Andando avanti, continueremo a perfezionare il design e le specifiche del nostro MOSFET SiC per ridurre ulteriormente la resistenza dei dispositivi di potenza SiC, ", afferma Yamakawa di Mitsubishi Electric.
