I ricercatori della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hanno sviluppato un metodo semplice ma accurato per trovare difetti nell'ultima generazione di transistor al carburo di silicio. Ciò accelererà il processo di sviluppo di transistor più efficienti dal punto di vista energetico in futuro. Ora hanno pubblicato i loro risultati in Fisica delle comunicazioni .

Aumentare l'efficienza dei dispositivi elettronici di potenza è un modo per risparmiare energia nel nostro mondo altamente tecnologico. Sono questi componenti che immettono in rete l'energia delle centrali fotovoltaiche o eoliche. Allo stesso tempo, però, questi componenti dovrebbero idealmente utilizzare la minor quantità di elettricità possibile. Altrimenti, risultati uditivi in ​​eccesso, e sono necessari ulteriori complessi sistemi di raffreddamento, sprecare energia di conseguenza.

È qui che i componenti in silicio, il materiale semiconduttore standard, raggiungono i loro limiti sulla base delle loro proprietà materiali intrinseche. C'è, però, un'alternativa molto più adatta:carburo di silicio, o SiC in breve, un composto di silicio e carbonio. Resiste alle alte tensioni, funziona anche ad alte temperature, è chimicamente robusto ed è in grado di lavorare ad alte frequenze di commutazione, che consente un'efficienza energetica ancora migliore. I componenti in SiC vengono utilizzati con successo ormai da diversi anni.

Interruttori elettronici di potenza in carburo di silicio, noti come transistor ad effetto di campo, o MOSFET in breve, lavorano sulla base dell'interfaccia tra il SiC e un sottilissimo strato di ossido di silicio che si deposita o cresce su di esso. Questa interfaccia, però, rappresenta una sfida significativa per i ricercatori:durante la fabbricazione, si creano difetti indesiderati all'interfaccia che intrappolano i portatori di carica e riducono la corrente elettrica nel dispositivo. La ricerca di questi difetti è quindi di fondamentale importanza se vogliamo sfruttare appieno le potenzialità offerte dal materiale.

Modello scoperto

Tecniche di misurazione convenzionali, che di solito sono stati sviluppati pensando ai dispositivi MOSFET al silicio, ignorare semplicemente l'esistenza di tali difetti. Sebbene siano disponibili altre tecniche di misurazione, sono più complesse e richiedono tempo, e non sono adatti per l'uso su larga scala o semplicemente non sono adatti per l'uso su componenti finiti. Così i ricercatori della Cattedra di Fisica Applicata della FAU hanno cercato nuovi, metodi migliorati per indagare sui difetti dell'interfaccia e hanno avuto successo.

Hanno notato che i difetti dell'interfaccia seguono sempre lo stesso schema. "Abbiamo tradotto questo schema in una formula matematica, " spiega il dottorando Martin Hauck. "L'utilizzo della formula ci offre un modo intelligente di tenere conto dei difetti dell'interfaccia nei nostri calcoli. Questo non solo ci fornisce valori molto precisi per i parametri tipici del dispositivo come la mobilità degli elettroni o la tensione di soglia, ci consente anche di determinare la distribuzione e la densità dei difetti di interfaccia quasi lateralmente."

In esperimenti condotti utilizzando transistor appositamente progettati dai partner industriali dei ricercatori Infineon Technologies Austria AG e dalla sua controllata Kompetenzzentrum für Automobil- &Industrie-Elektronik GmbH, il metodo si è anche dimostrato estremamente accurato. Osservare da vicino il nucleo interno dei transistor ad effetto di campo consente cicli di innovazione migliori e più brevi. Usando questo metodo, i processi volti a ridurre i difetti possono essere valutati con precisione, in modo rapido e semplice, e lavorare allo sviluppo di nuovi, più elettronica di potenza a risparmio energetico può essere accelerata di conseguenza.