Los científicos del Instituto de Tecnología de Nagoya (NITech) y las universidades colaboradoras de Japón han obtenido nuevos conocimientos sobre los mecanismos detrás de la degradación de un material semiconductor que se utiliza en dispositivos electrónicos. Al destacar la ciencia específica detrás de cómo se degrada el material, están dando paso a posibles descubrimientos que pueden evitar la degradación del rendimiento del material.

El estudio fue publicado en la Revista de física aplicada en septiembre de 2018. Los científicos utilizaron material de carburo de silicio (SiC) para el experimento. El SiC se está convirtiendo en una alternativa más popular a los materiales semiconductores estándar para dispositivos electrónicos. El estudio se basa en un tipo específico de material SiC que es característico por su estructura, o 4H-SiC. Este material fue expuesto tanto a fotoluminiscencia como a varias temperaturas como un medio para crear tipos específicos de deformaciones que conducen a la degradación de los dispositivos basados ​​en SiC. Los científicos pudieron observar cómo estas deformaciones ocurren realmente a nivel atómico.

"Cuantificamos la velocidad a la que se mueven las partículas de carga eléctrica en las regiones de material 4H-SiC donde la estructura atómica ha sido defectuosa. Esto marcará el comienzo de los descubrimientos de formas de suprimir la degradación de los dispositivos basados ​​en SiC, como los sistemas electrónicos de potencia, "afirma el Dr. Masashi Kato, profesor asociado en el Frontier Research Institute for Materials Science en NITech.

Para comprender mejor el mecanismo real detrás de la deformación atómica que conduce a degradaciones, los investigadores utilizaron la fotoluminiscencia para inducir el movimiento de partículas de carga eléctrica y midieron las velocidades a las que tuvo lugar. Buscaron factores específicos que pueden limitar el movimiento de partículas, incluido el material que se utilizó.

También probaron los efectos del aumento de temperatura, específicamente para ver si las temperaturas más altas aumentarán o disminuirán la tasa de deformación.

Según el Dr. Kato, la presencia de un tipo particular de deformación atómica que provoca la degradación del material es particularmente problemática para los dispositivos de potencia basados ​​en SiC. "Mientras un dispositivo particular basado en SiC está en funcionamiento, los átomos del material se deforman, lo que conduce a la degradación. El proceso por el cual estos átomos se deforman aún no está claro. Lo que se sabe, sin embargo, es que el movimiento de la carga eléctrica dentro del material, así como las áreas donde el material se ha vuelto defectuoso, ya contribuyen a la deformación atómica antes mencionada, " él afirma.

Hasta ahora, otros investigadores han realizado experimentos similares en el pasado, los resultados que se han informado no son consistentes. Aquí, el resultado de los experimentos con fotoluminiscencia indica que la recombinación del portador en fallas de apilamiento de Shockley individuales (1SSF) y en dislocaciones parciales (PD) es más rápida que en regiones sin 1SSF en 4H-SiC. Tal recombinación rápida inducirá la degradación del dispositivo con 1SSF. Además, La velocidad de expansión de 1SSF también aumenta con el aumento de temperatura.

Como tal, allanan el camino para la investigación que girará en torno a la desaceleración de la degradación de los dispositivos basados ​​en SiC. Esta, Sucesivamente, potencialmente podría resultar en dispositivos más duraderos y de mayor calidad.

Entre esas líneas, los autores afirman que sus esfuerzos de investigación futuros se centrarán en encontrar formas de evitar la degradación de los dispositivos basados ​​en SiC, así como en crear dispositivos que no se desgasten con el tiempo.