Onderzoekers van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hebben een eenvoudige maar nauwkeurige methode ontwikkeld voor het vinden van defecten in de nieuwste generatie siliciumcarbidetransistors. Dit zal het proces van het ontwikkelen van meer energie-efficiënte transistors in de toekomst versnellen. Ze hebben hun bevindingen nu gepubliceerd in Communicatie Fysica .

Het verhogen van de efficiëntie van vermogenselektronica is een manier om energie te besparen in onze hoogtechnologische wereld. Het zijn deze componenten die stroom van fotovoltaïsche of windenergiecentrales aan het net leveren. Tegelijkertijd, echter, deze componenten zouden idealiter zo min mogelijk elektriciteit moeten gebruiken. Anders, overmatige hoorresultaten, en aanvullende complexe koelsystemen nodig zijn, energieverspilling als gevolg.

Dit is waar componenten gemaakt van silicium, het standaard halfgeleidermateriaal, hun grenzen bereiken op basis van hun intrinsieke materiaaleigenschappen. Er is, echter, een veel geschikter alternatief:siliciumcarbide, of kortweg SiC, een verbinding gemaakt van silicium en koolstof. Het is bestand tegen hoge spanningen, werkt zelfs bij hoge temperaturen, is chemisch robuust en kan werken bij hoge schakelfrequenties, wat een nog betere energie-efficiëntie mogelijk maakt. SiC-componenten worden al enkele jaren met veel succes toegepast.

Vermogenselektronische schakelaars van siliciumcarbide, bekend als veldeffecttransistoren, of kortweg MOSFET's, werken op basis van het grensvlak tussen het SiC en een heel dun laagje siliciumoxide dat daarop wordt afgezet of aangegroeid. Deze interface, echter, vormt een grote uitdaging voor onderzoekers:tijdens de fabricage, ongewenste defecten worden gecreëerd aan de interface die ladingsdragers opsluiten en de elektrische stroom in het apparaat verminderen. Onderzoek naar deze gebreken is daarom van het grootste belang als we de mogelijkheden van het materiaal ten volle willen benutten.

Patroon ontdekt

Conventionele meettechnieken, die meestal zijn ontwikkeld met silicium MOSFET-apparaten in gedachten, negeer gewoon het bestaan ​​van dergelijke gebreken. Hoewel er andere meettechnieken beschikbaar zijn, ze zijn complexer en tijdrovender, en zijn ofwel ongeschikt voor gebruik op grote schaal of zijn gewoon niet geschikt voor gebruik op afgewerkte componenten. Dus zochten onderzoekers van de leerstoel Toegepaste Natuurkunde aan de FAU nieuwe, verbeterde methoden voor het onderzoeken van interface-defecten - en ze waren succesvol.

Ze merkten dat de interface-defecten altijd hetzelfde patroon volgen. "We hebben dit patroon vertaald in een wiskundige formule, " legt promovendus Martin Hauck uit. "Door de formule te gebruiken, kunnen we op een slimme manier rekening houden met interface-defecten in onze berekeningen. Dit geeft ons niet alleen zeer nauwkeurige waarden voor typische apparaatparameters zoals elektronenmobiliteit of drempelspanning, het laat ons ook de verdeling en dichtheid van interface-defecten bijna aan de kant bepalen."

In experimenten uitgevoerd met transistoren die speciaal voor dit doel zijn ontworpen door de industriële partners van de onderzoekers, Infineon Technologies Austria AG en haar dochteronderneming Kompetenzzentrum für Automobil- &Industrie-Elektronik GmbH, de methode bleek ook zeer nauwkeurig te zijn. Door de binnenste kern van de veldeffecttransistors goed te bekijken, kunnen verbeterde en kortere innovatiecycli worden gerealiseerd. Met behulp van deze methode, processen gericht op het verminderen van defecten nauwkeurig kunnen worden geëvalueerd, snel en eenvoudig, en werken aan het ontwikkelen van nieuwe, meer energiebesparende vermogenselektronica kan dienovereenkomstig worden versneld.