Cientistas do Instituto de Tecnologia de Nagoya (NITech) e universidades colaboradoras no Japão ganharam uma nova visão sobre os mecanismos por trás da degradação de um material semicondutor usado em dispositivos eletrônicos. Ao destacar a ciência específica por trás de como o material se degrada, eles estão abrindo caminho para possíveis descobertas que podem impedir a degradação do desempenho do material.

O estudo foi publicado no Journal of Applied Physics em setembro de 2018. Os cientistas usaram material de carboneto de silício (SiC) para o experimento. O SiC está se tornando uma alternativa mais popular aos materiais semicondutores padrão para dispositivos eletrônicos. O estudo é baseado em um tipo específico de material de SiC que é característico de sua estrutura, ou 4H-SiC. Este material foi exposto tanto à fotoluminescência quanto a várias temperaturas como um meio de criar tipos específicos de deformações que levam à degradação de dispositivos baseados em SiC. Os cientistas foram capazes de observar como essas deformações realmente ocorrem em nível atômico.

"Quantificamos a velocidade com que as partículas de carga elétrica se movem em regiões de material 4H-SiC onde a estrutura atômica foi defeituosa. Isso dará início a descobertas de maneiras de suprimir a degradação de dispositivos baseados em SiC, como sistemas eletrônicos de potência, "afirma o Dr. Masashi Kato, professor associado do Frontier Research Institute for Materials Science em NITech.

A fim de compreender melhor o mecanismo real por trás da deformação atômica que leva à degradação, os pesquisadores usaram fotoluminescência para induzir o movimento de partículas de carga elétrica e mediram as velocidades em que isso ocorreu. Eles procuraram fatores específicos que podem limitar o movimento das partículas, incluindo o material que foi usado.

Eles também testaram os efeitos do aumento da temperatura, olhando especificamente para ver se temperaturas mais altas aumentarão ou diminuirão a taxa de deformação.

De acordo com o Dr. Kato, a presença de um tipo particular de deformação atômica que causa a degradação do material é particularmente problemática para dispositivos de energia à base de SiC. "Enquanto um determinado dispositivo baseado em SiC está em operação, os átomos do material se deformam, o que leva à degradação. O processo pelo qual esses átomos se deformam ainda não está claro. O que é conhecido, Contudo, é que o movimento da carga elétrica dentro do material, bem como as áreas onde o material se tornou defeito já contribuem para a deformação atômica acima mencionada, " ele afirma.

Até agora, experimentos semelhantes foram realizados no passado por outros pesquisadores, os resultados relatados não são consistentes. Aqui, o resultado de experimentos com fotoluminescência indica que a recombinação de portadores em falhas de empilhamento de Shockley simples (1SSFs) e em deslocamentos parciais (PDs) é mais rápida do que em regiões sem 1SSFs em 4H-SiC. Essa recombinação rápida irá induzir a degradação do dispositivo com 1SSFs. Além disso, A velocidade de expansão 1SSF também aumenta com o aumento da temperatura.

Como tal, eles pavimentam o caminho para pesquisas que giram em torno da desaceleração da degradação de dispositivos baseados em SiC. Esse, por sua vez, poderia resultar em dispositivos de maior qualidade e mais duráveis.

Nesse sentido, os autores afirmam que seus esforços de pesquisa futuros se concentrarão em descobrir maneiras de evitar a degradação de dispositivos baseados em SiC, bem como em criar dispositivos que não se desgastem com o tempo.