En electrónica de potencia, los semiconductores se basan en el elemento silicio, pero la eficiencia energética del carburo de silicio sería mucho mayor. Físicos de la Universidad de Basilea, el Instituto Paul Scherrer y ABB explican qué impide el uso de esta combinación de silicio y carbono en la revista científica Letras de física aplicada .

El consumo de energía está creciendo en todo el mundo, y los suministros de energía sostenible, como la energía eólica y solar, son cada vez más importantes. Energia electrica, sin embargo, a menudo se genera a una gran distancia del consumidor. Los sistemas eficientes de distribución y transporte son, por tanto, tan cruciales como las estaciones transformadoras y los convertidores de potencia que convierten la corriente continua generada en corriente alterna.

Son posibles grandes ahorros

La electrónica de potencia moderna debe poder manejar grandes corrientes y altos voltajes. Los transistores de corriente hechos de materiales semiconductores para transistores de efecto de campo ahora se basan principalmente en tecnología de silicio. Importantes ventajas físicas y químicas, sin embargo, surgen del uso de SiC sobre silicio:además de una resistencia al calor mucho mayor, este material proporciona una eficiencia energética significativamente mejor, lo que podría generar ahorros masivos.

Se sabe que estas ventajas se ven comprometidas significativamente por defectos en la interfaz entre el carburo de silicio y el material aislante dióxido de silicio. Este daño se basa en pequeños, grupos irregulares de anillos de carbono unidos en la red cristalina, como lo demostraron experimentalmente los investigadores dirigidos por el profesor Thomas Jung en el Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea y el Instituto Paul Scherrer. Usando análisis de microscopio de fuerza atómica y espectroscopía Raman, demostraron que los defectos se generan en las proximidades de la interfaz por el proceso de oxidación.

Confirmado experimentalmente

Los racimos de carbono que interfieren, que tienen solo unos pocos nanómetros de tamaño, se forman durante el proceso de oxidación del carburo de silicio a dióxido de silicio a altas temperaturas. "Si cambiamos ciertos parámetros durante la oxidación, podemos influir en la aparición de los defectos, "dice la estudiante de doctorado Dipanwita Dutta. Por ejemplo, una atmósfera de óxido nitroso en el proceso de calentamiento conduce a una cantidad significativamente menor de racimos de carbono.

Los resultados experimentales fueron confirmados por el equipo dirigido por el profesor Stefan Gödecker en el Departamento de Física y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea. Las simulaciones por computadora confirmaron los cambios estructurales y químicos inducidos por los átomos de carbono grafítico como se observó experimentalmente. Más allá de los experimentos Se ha obtenido una visión atomística en la generación de los defectos y su impacto en el flujo de electrones en el material semiconductor.

Mejor uso de la electricidad

"Nuestros estudios brindan información importante para impulsar el desarrollo continuo de transistores de efecto de campo basados ​​en carburo de silicio. Por lo tanto, esperamos brindar una contribución significativa al uso más efectivo de la energía eléctrica, "comenta Jung. El trabajo se inició como parte del programa Nano Argovia para proyectos de investigación aplicada.