Een onderzoeksgroep in Japan heeft aangekondigd dat het voor het eerst de effecten heeft gekwantificeerd van drie elektronenverstrooiingsmechanismen voor het bepalen van de weerstand van siliciumcarbide (SiC) vermogenshalfgeleiders in vermogenshalfgeleidermodules. Het team van de universiteit en de industrie heeft ontdekt dat de weerstand onder de SiC-interface met tweederde kan worden verminderd door elektronenverstrooiing door de ladingen te onderdrukken, een ontdekking die naar verwachting het energieverbruik in elektrische stroomapparatuur zal verminderen door de weerstand van SiC-vermogenshalfgeleiders te verlagen.

Elektriciteitsapparatuur die wordt gebruikt in huiselektronica, industriële machines, treinen en andere apparaten vereisen een combinatie van maximale efficiëntie en minimale afmetingen. Mitsubishi Electric versnelt het gebruik van SiC-apparaten voor vermogenshalfgeleidermodules, die belangrijke componenten zijn in elektrische stroomapparatuur. SiC-stroomapparaten bieden een lagere weerstand dan conventionele siliciumstroomapparaten, dus om hun weerstand verder te verlagen, is het belangrijk om de kenmerken van de weerstand onder de SiC-interface correct te begrijpen.

"Tot nu, echter, het was moeilijk om afzonderlijk weerstandsbeperkende factoren te meten die de elektronenverstrooiing bepalen, " zegt Satoshi Yamakawa, senior manager van het SiC Device Development Center in het Advanced Technology R&D Center van Mitsubishi Electric.

Elektronenverstrooiing gericht op atomaire trillingen werd gemeten met behulp van technologie van de Universiteit van Tokio. De impact die ladingen en atomaire trillingen hebben op elektronenverstrooiing onder de SiC-interface bleek dominant te zijn in Mitsubishi Electric's analyses van gefabriceerde apparaten. Hoewel is erkend dat elektronenverstrooiing onder het SiC-interface wordt beperkt door drie factoren:de ruwheid van het SiC-interface, de ladingen onder de SiC-interface en de atomaire trillingen, de bijdrage van elke factor was onduidelijk. Om de impact van de kosten te bevestigen, de onderzoekers fabriceerden een vlakke SiC-metaaloxide-halfgeleider-veldeffecttransistor (SiC-MOSFET), waarin elektronen weggeleiden van het SiC-interface tot ongeveer enkele nanometers.

"We konden op een ongekend niveau bevestigen dat de ruwheid van de SiC-interface weinig effect heeft, terwijl ladingen onder de SiC-interface en atomaire trillingen dominante factoren zijn, " zegt Koji Kita, een universitair hoofddocent aan de Graduate School of Engineering van de Universiteit van Tokyo en een van de wetenschappers die het onderzoek leidde.

Met behulp van een eerder SiC-MOSFET-apparaat van het vlakke type ter vergelijking, weerstand werd met tweederde verminderd door onderdrukking van elektronenverstrooiing, wat werd bereikt door de elektronen weg te laten geleiden van de ladingen onder de SiC-interface. Het vorige apparaat van het vlakke type heeft dezelfde interfacestructuur als die van de SiC-MOSFET die door de elektronicafabrikant is vervaardigd.

Voor de test, Mitsubishi Electric verzorgde het ontwerp, fabricage en analyse van de weerstandsbeperkende factoren en de Universiteit van Tokyo behandelde de meting van elektronenverstrooiingsfactoren.

"Vooruit gaan, we zullen doorgaan met het verfijnen van het ontwerp en de specificaties van onze SiC MOSFET om de weerstand van SiC-vermogensapparaten verder te verlagen, ", zegt Yamakawa van Mitsubishi Electric.