Carburo de silicio (SiC), un material versátil y resistente que existe en múltiples formas cristalinas, ha atraído mucha atención gracias a sus propiedades electrónicas únicas. Desde su uso en los primeros dispositivos LED, a sus aplicaciones en dispositivos de alta tensión con bajas pérdidas de potencia, SiC muestra un comportamiento de semiconductor excepcional. Hasta aquí, las tensiones de funcionamiento de los dispositivos de SiC unipolares están por debajo de 3,3 kV. Aunque es útil para los sistemas electrónicos de los automóviles, trenes y electrodomésticos, Los dispositivos unipolares basados ​​en SiC no se pueden utilizar en sistemas de generación y distribución de energía, que operan a tensiones superiores a 10 kV.

Algunos investigadores creen que la solución a este enigma radica en los dispositivos SiC bipolares, que ofrecen baja resistencia (y por lo tanto menores pérdidas) a través de la modulación de conductividad. Sin embargo, el efecto de modulación de la conductividad está estrechamente relacionado con la vida útil de los portadores de carga excitados en el semiconductor; Una mayor vida útil de las portadoras en la gruesa capa de bloqueo de voltaje de los dispositivos de SiC conduce a una mayor modulación. Por otra parte, la vida útil excesivamente larga del portador aumenta las pérdidas de conmutación, y esta compensación debe equilibrarse adecuadamente controlando con precisión la distribución de la vida útil de la portadora dentro del semiconductor.

Desafortunadamente, la mayoría de las técnicas disponibles para medir la distribución de la vida útil de la portadora de un semiconductor son destructivas; la muestra debe cortarse para analizar su sección transversal. Esto motivó a un equipo de investigación de Japón, dirigido por el profesor asociado Masashi Kato del Instituto de Tecnología de Nagoya, centrarse en mejorar uno de los dos métodos no destructivos existentes:absorción de portadores libres resuelta en el tiempo con luces interseccionales (IL-TRFCA). En su nuevo estudio publicado en Revisión de instrumentos científicos , los investigadores presentan algunos cambios impactantes realizados en esta técnica (en la que habían sido pioneros anteriormente) junto con algunos resultados muy prometedores.

El método IL-TRFCA consiste esencialmente en láser de excitación, que crea portadores fotoexcitados y una sonda láser más un detector, que miden su vida. Al apuntar ambos láseres a los bordes de una lente objetivo, se hacen converger en la superficie de la muestra con ángulos de incidencia opuestos. Luego, la muestra se mueve hacia la lente en pasos micrométricos, lo que hace que los láseres de excitación y sonda no se crucen en la superficie de la muestra, pero en regiones progresivamente más profundas. De este modo, los científicos lograron medir la distribución de la vida útil de los portadores dentro de la muestra sin la necesidad de cortarla.

Dos cambios sustanciales que hicieron los investigadores al método IL-TRFCA fueron la adopción de un ángulo de incidencia mayor de 34 ° (34 grados) para ambos láseres y una mayor apertura numérica en la lente del objetivo y el detector. Estas modificaciones dieron como resultado una resolución de profundidad mejorada y también hicieron posible el uso de IL-TRFCA en capas de SiC más gruesas. Emocionado por los resultados, El Dr. Kato comenta, "Nuestro enfoque no destructivo para medir la distribución de la vida útil del portador permite determinar la falta de uniformidad de un material sin destruir la muestra, que luego se puede utilizar para fabricar dispositivos, e investigar y desarrollar tecnología SiC bipolar, como diodos y transistores de alto voltaje ".

Tener a disposición técnicas de medición adecuadas es uno de los factores más esenciales en la investigación de materiales. e IL-TRFCA fácilmente podrían allanar el camino para el estudio y, en última instancia, la adopción de SiC en aplicaciones de voltaje ultra alto. A este respecto, El Dr. Kato comenta:"Los dispositivos de SiC pueden funcionar con un menor consumo de energía en comparación con los semiconductores convencionales, y su comercialización podría resultar en una reducción sustancial del consumo de energía en los sistemas eléctricos de todo el mundo. Sucesivamente, esto podría aliviar graves amenazas ambientales como la acumulación de gases de efecto invernadero ".

Ahora que se han dispuesto las herramientas, Es hora de profundizar en cómo se pueden ajustar las distribuciones de vida útil de las portadoras en SiC grueso y otros semiconductores. ¡Esperemos que esto nos lleve a dispositivos más eficientes y a un futuro más ecológico!