Na eletrônica de potência, os semicondutores são baseados no elemento silício - mas a eficiência energética do carboneto de silício seria muito maior. Físicos da Universidade de Basel, o Instituto Paul Scherrer e a ABB explicam o que impede o uso dessa combinação de silício e carbono na revista científica Cartas de Física Aplicada .

O consumo de energia está crescendo em todo o mundo, e suprimentos de energia sustentável, como energia eólica e solar, estão se tornando cada vez mais importantes. Energia elétrica, Contudo, geralmente é gerado a uma longa distância do consumidor. Sistemas eficientes de distribuição e transporte são, portanto, tão cruciais quanto as estações transformadoras e conversores de energia que transformam a corrente contínua gerada em corrente alternada.

Grandes economias são possíveis

A eletrônica de potência moderna deve ser capaz de lidar com grandes correntes e altas tensões. Os atuais transistores feitos de materiais semicondutores para transistores de efeito de campo são agora baseados principalmente na tecnologia de silício. Vantagens físicas e químicas significativas, Contudo, surgem do uso de SiC sobre o silício:além de uma resistência ao calor muito maior, este material fornece eficiência energética significativamente melhor, o que poderia levar a uma economia massiva.

Sabe-se que essas vantagens são significativamente comprometidas por defeitos na interface entre o carboneto de silício e o material isolante dióxido de silício. Este dano é baseado em minúsculos, aglomerados irregulares de anéis de carbono ligados na estrutura do cristal, como demonstrado experimentalmente por pesquisadores liderados pelo Professor Thomas Jung no Instituto Suíço de Nanociência e Departamento de Física da Universidade de Basel e do Instituto Paul Scherrer. Usando análise de microscópio de força atômica e espectroscopia Raman, eles mostraram que os defeitos são gerados nas proximidades da interface pelo processo de oxidação.

Confirmado experimentalmente

Os aglomerados de carbono interferentes, que têm apenas alguns nanômetros de tamanho, são formados durante o processo de oxidação do carboneto de silício em dióxido de silício sob altas temperaturas. "Se mudarmos certos parâmetros durante a oxidação, podemos influenciar a ocorrência dos defeitos, "diz a estudante de doutorado Dipanwita Dutta. Por exemplo, uma atmosfera de óxido nitroso no processo de aquecimento leva a um número significativamente menor de aglomerados de carbono.

Os resultados experimentais foram confirmados pela equipe liderada pelo Professor Stefan Gödecker do Departamento de Física e do Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basel. Simulações de computador confirmaram as mudanças estruturais e químicas induzidas por átomos de carbono grafítico observadas experimentalmente. Além dos experimentos, uma visão atomística foi obtida na geração dos defeitos e seu impacto no fluxo de elétrons no material semicondutor.

Melhor uso de eletricidade

"Nossos estudos fornecem informações importantes para impulsionar o desenvolvimento de transistores de efeito de campo baseados em carboneto de silício. Portanto, esperamos fornecer uma contribuição significativa para o uso mais eficaz de energia elétrica, "comenta Jung. O trabalho foi iniciado como parte do programa Nano Argovia para projetos de pesquisa aplicada.