O espalhamento de elétrons sob a interface de carboneto de silício (SiC) é limitado por três fatores:rugosidade da interface de SiC, cargas sob a interface de SiC e vibração atômica. Crédito:2017 Mitsubishi Electric Corporation.
Um grupo de pesquisa no Japão anunciou que quantificou pela primeira vez os impactos de três mecanismos de espalhamento de elétrons para determinar a resistência de dispositivos semicondutores de potência de carboneto de silício (SiC) em módulos de semicondutores de potência. A equipe universidade-indústria descobriu que a resistência sob a interface de SiC pode ser reduzida em dois terços, suprimindo o espalhamento de elétrons pelas cargas, uma descoberta que deve reduzir o consumo de energia em equipamentos de energia elétrica, diminuindo a resistência dos semicondutores de energia SiC.
Equipamentos de energia elétrica usados em eletrodomésticos, maquinaria industrial, trens e outros aparelhos requerem uma combinação de eficiência maximizada e tamanho minimizado. A Mitsubishi Electric está acelerando o uso de dispositivos SiC para módulos semicondutores de energia, que são componentes-chave em equipamentos de energia elétrica. Dispositivos de energia de SiC oferecem menor resistência do que dispositivos de energia de silício convencionais, portanto, para diminuir ainda mais sua resistência, é importante entender corretamente as características da resistência sob a interface de SiC.
"Até agora, Contudo, tinha sido difícil medir separadamente os fatores limitantes de resistência que determinam o espalhamento de elétrons, "diz Satoshi Yamakawa, gerente sênior do Centro de Desenvolvimento de Dispositivos SiC no Centro de P&D de Tecnologia Avançada da Mitsubishi Electric.
O espalhamento de elétrons com foco na vibração atômica foi medido usando tecnologia da Universidade de Tóquio. O impacto que as cargas e a vibração atômica têm no espalhamento de elétrons sob a interface do SiC foi revelado como dominante nas análises de dispositivos fabricados da Mitsubishi Electric. Embora tenha sido reconhecido que o espalhamento de elétrons sob a interface de SiC é limitado por três fatores:a rugosidade da interface de SiC, as cargas sob a interface de SiC e a vibração atômica, a contribuição de cada fator não estava clara. Para confirmar o impacto das cobranças, os pesquisadores fabricaram um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico de tipo plano de SiC (SiC-MOSFET), em que os elétrons se afastam da interface do SiC para cerca de vários nanômetros.
Os resultados da pesquisa mostram que a rugosidade da interface do SiC tem pouco efeito na limitação da resistência, enquanto cargas sob a interface de SiC e vibração atômica são fatores dominantes. Crédito:2017 Mitsubishi Electric Corporation.
"Conseguimos confirmar em um nível sem precedentes que a rugosidade da interface de SiC tem pouco efeito, enquanto cargas sob a interface de SiC e vibração atômica são fatores dominantes, "diz Koji Kita, um professor associado da Escola de Graduação em Engenharia da Universidade de Tóquio e um dos cientistas que lideram a pesquisa.
Usando um dispositivo SiC-MOSFET tipo plano anterior para comparação, a resistência foi reduzida em dois terços devido à supressão do espalhamento de elétrons, o que foi conseguido fazendo com que os elétrons se afastassem das cargas sob a interface de SiC. O dispositivo anterior do tipo plano tem a mesma estrutura de interface do SiC-MOSFET fabricado pelo fabricante de eletrônicos.
Para o teste, A Mitsubishi Electric cuidou do projeto, fabricação e análise dos fatores de limitação de resistência e a Universidade de Tóquio tratou da medição dos fatores de espalhamento de elétrons.
"Daqui para frente, continuaremos refinando o design e as especificações de nosso SiC MOSFET para reduzir ainda mais a resistência dos dispositivos de alimentação de SiC, "diz Yamakawa da Mitsubishi Electric.
