La dispersión de electrones bajo la interfaz de carburo de silicio (SiC) está limitada por tres factores:rugosidad de la interfaz de SiC, cargas bajo la interfaz de SiC y vibración atómica. Crédito:2017 Mitsubishi Electric Corporation.
Un grupo de investigación de Japón anunció que ha cuantificado por primera vez los impactos de tres mecanismos de dispersión de electrones para determinar la resistencia de los dispositivos semiconductores de potencia de carburo de silicio (SiC) en módulos de semiconductores de potencia. El equipo de la universidad y la industria ha descubierto que la resistencia bajo la interfaz de SiC se puede reducir en dos tercios suprimiendo la dispersión de electrones por las cargas. un descubrimiento que se espera que reduzca el consumo de energía en los equipos de energía eléctrica al reducir la resistencia de los semiconductores de potencia de SiC.
Equipos de energía eléctrica utilizados en electrónica doméstica, maquinaria industrial, trenes y otros aparatos requieren una combinación de eficiencia maximizada y tamaño minimizado. Mitsubishi Electric está acelerando el uso de dispositivos SiC para módulos semiconductores de potencia, que son componentes clave en los equipos de energía eléctrica. Los dispositivos de potencia de SiC ofrecen menor resistencia que los dispositivos de potencia de silicio convencionales, por lo que para reducir aún más su resistencia es importante comprender correctamente las características de la resistencia bajo la interfaz de SiC.
"Hasta ahora, sin embargo, Ha sido difícil medir por separado los factores limitantes de la resistencia que determinan la dispersión de electrones, "dice Satoshi Yamakawa, gerente senior del Centro de Desarrollo de Dispositivos SiC en el Centro de Investigación y Desarrollo de Tecnología Avanzada de Mitsubishi Electric.
La dispersión de electrones centrada en la vibración atómica se midió utilizando tecnología de la Universidad de Tokio. El impacto que las cargas y la vibración atómica tienen en la dispersión de electrones bajo la interfaz de SiC se reveló como dominante en los análisis de Mitsubishi Electric de dispositivos fabricados. Aunque se ha reconocido que la dispersión de electrones bajo la interfaz de SiC está limitada por tres factores:la rugosidad de la interfaz de SiC, las cargas bajo la interfaz SiC y la vibración atómica, la contribución de cada factor no estaba clara. Para confirmar el impacto de los cargos, los investigadores fabricaron un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido de metal de tipo plano SiC (SiC-MOSFET), en el que los electrones se alejan de la interfaz de SiC a alrededor de varios nanómetros.
Los resultados de la investigación muestran que la rugosidad de la interfaz de SiC tiene poco efecto en la limitación de la resistencia, mientras que las cargas bajo la interfaz de SiC y la vibración atómica son factores dominantes. Crédito:2017 Mitsubishi Electric Corporation.
"Pudimos confirmar a un nivel sin precedentes que la rugosidad de la interfaz de SiC tiene poco efecto, mientras que las cargas bajo la interfaz de SiC y la vibración atómica son factores dominantes". "dice Koji Kita, profesor asociado de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Tokio y uno de los científicos que lideran la investigación.
Usando un dispositivo SiC-MOSFET de tipo plano anterior para comparar, la resistencia se redujo en dos tercios debido a la supresión de la dispersión de electrones, lo cual se logró haciendo que los electrones se alejen de las cargas debajo de la interfaz de SiC. El dispositivo anterior de tipo plano tiene la misma estructura de interfaz que el SiC-MOSFET fabricado por el fabricante de la electrónica.
Para la prueba, Mitsubishi Electric se encargó del diseño, la fabricación y el análisis de los factores limitantes de la resistencia y la Universidad de Tokio se encargó de la medición de los factores de dispersión de electrones.
"Avanzando, Continuaremos refinando el diseño y las especificaciones de nuestro MOSFET de SiC para reducir aún más la resistencia de los dispositivos de potencia de SiC, "dice Yamakawa de Mitsubishi Electric.
