Gli scienziati del Nagoya Institute of Technology (NITech) e delle università che collaborano in Giappone hanno acquisito nuove informazioni sui meccanismi alla base del degrado di un materiale semiconduttore utilizzato nei dispositivi elettronici. Evidenziando la scienza specifica dietro il modo in cui il materiale si degrada, stanno lasciando il posto a potenziali scoperte che potrebbero prevenire il degrado delle prestazioni del materiale.

Lo studio è stato pubblicato su Rivista di fisica applicata nel settembre del 2018. Gli scienziati hanno utilizzato materiale in carburo di silicio (SiC) per l'esperimento. Il SiC sta diventando un'alternativa più popolare ai materiali semiconduttori standard per i dispositivi elettronici. Lo studio si basa su un tipo specifico di materiale SiC che è caratteristico per la sua struttura, o 4H-SiC. Questo materiale è stato esposto sia alla fotoluminescenza che a varie temperature come mezzo per creare tipi specifici di deformazioni che portano alla degradazione dei dispositivi a base di SiC. Gli scienziati hanno potuto osservare come queste deformazioni avvengono effettivamente a livello atomico.

"Abbiamo quantificato la velocità con cui le particelle di carica elettrica si muovono nelle regioni di materiale 4H-SiC in cui la struttura atomica è stata disertata. Ciò introdurrà alla scoperta di modi per sopprimere il degrado dei dispositivi basati su SiC come i sistemi elettronici di potenza, " afferma il dottor Masashi Kato, un professore associato presso il Frontier Research Institute for Materials Science in NITech.

Per comprendere meglio l'effettivo meccanismo alla base della deformazione atomica che porta a degradazioni, i ricercatori hanno usato la fotoluminescenza per indurre il movimento delle particelle di carica elettrica e hanno misurato le velocità a cui ciò ha avuto luogo. Hanno cercato fattori specifici che possono limitare il movimento delle particelle, compreso il materiale utilizzato.

Hanno anche testato gli effetti dell'aumento della temperatura, in particolare cercando di vedere se temperature più elevate aumenteranno o diminuiranno il tasso di deformazione.

Secondo il dottor Kato, la presenza di un particolare tipo di deformazione atomica che provoca il degrado del materiale è particolarmente problematica per i dispositivi di potenza basati su SiC. "Mentre un particolare dispositivo basato su SiC è in funzione, gli atomi del materiale si deformano, che porta al degrado. Il processo attraverso il quale questi atomi si deformano non è ancora chiaro. Ciò che è noto, però, è che il movimento di carica elettrica all'interno del materiale e le aree in cui il materiale è diventato difettoso contribuiscono già alla suddetta deformazione atomica, " egli dichiara.

Finora esperimenti simili sono stati condotti in passato da altri ricercatori, i risultati che sono stati riportati non sono coerenti. Qui, il risultato di esperimenti con fotoluminescenza indica che la ricombinazione del portatore nei singoli difetti di impilamento di Shockley (1SSF) e alle dislocazioni parziali (PD) è più veloce di quella nelle regioni senza 1SSF in 4H-SiC. Tale rapida ricombinazione indurrà la degradazione del dispositivo con 1SSF. Inoltre, La velocità di espansione 1SSF aumenta anche con l'aumento della temperatura.

Come tale, aprono la strada alla ricerca che ruoterà attorno al rallentamento del degrado dei dispositivi basati su SiC. Questo, a sua volta, potrebbe potenzialmente tradursi in dispositivi di qualità superiore e più durevoli.

Lungo quelle linee, gli autori affermano che i loro futuri sforzi di ricerca si concentreranno sulla scoperta di modi per prevenire il degrado dei dispositivi basati su SiC e sulla creazione di dispositivi che non si usurano nel tempo.