La diffusion des électrons sous l'interface en carbure de silicium (SiC) est limitée par trois facteurs :la rugosité de l'interface SiC, charges sous l'interface SiC et vibration atomique. Crédit : 2017 Mitsubishi Electric Corporation.
Un groupe de recherche au Japon a annoncé qu'il avait quantifié pour la première fois les impacts de trois mécanismes de diffusion d'électrons pour déterminer la résistance des dispositifs semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium (SiC) dans des modules semi-conducteurs de puissance. L'équipe université-industrie a découvert que la résistance sous l'interface SiC peut être réduite des deux tiers en supprimant la diffusion des électrons par les charges, une découverte qui devrait réduire la consommation d'énergie dans les équipements électriques en abaissant la résistance des semi-conducteurs de puissance SiC.
Équipements électriques utilisés dans l'électronique domestique, machinerie industrielle, les trains et autres appareils nécessitent une combinaison d'efficacité maximisée et de taille minimisée. Mitsubishi Electric accélère l'utilisation des dispositifs SiC pour les modules semi-conducteurs de puissance, qui sont des composants clés des équipements électriques. Les dispositifs d'alimentation SiC offrent une résistance inférieure à celle des dispositifs d'alimentation au silicium conventionnels, donc pour abaisser encore leur résistance il est important de bien comprendre les caractéristiques de la résistance sous l'interface SiC.
"Jusqu'à maintenant, cependant, il avait été difficile de mesurer séparément les facteurs limitant la résistance qui déterminent la diffusion des électrons, " dit Satoshi Yamakawa, directeur principal du centre de développement de dispositifs SiC au centre de recherche et de développement de technologies avancées de Mitsubishi Electric.
La diffusion des électrons en se concentrant sur les vibrations atomiques a été mesurée à l'aide de la technologie de l'Université de Tokyo. L'impact des charges et des vibrations atomiques sur la diffusion des électrons sous l'interface SiC s'est révélé être dominant dans les analyses de Mitsubishi Electric des dispositifs fabriqués. Bien qu'il ait été reconnu que la diffusion des électrons sous l'interface SiC est limitée par trois facteurs :la rugosité de l'interface SiC, les charges sous l'interface SiC et la vibration atomique, la contribution de chaque facteur n'était pas claire. Pour confirmer l'impact des charges, les chercheurs ont fabriqué un transistor à effet de champ SiC métal-oxyde-semiconducteur de type plan (SiC-MOSFET), dans laquelle les électrons s'éloignent de l'interface SiC jusqu'à environ plusieurs nanomètres.
Les résultats de la recherche montrent que la rugosité de l'interface SiC a peu d'effet sur la limitation de la résistance, tandis que les charges sous l'interface SiC et les vibrations atomiques sont des facteurs dominants. Crédit : 2017 Mitsubishi Electric Corporation.
"Nous avons pu confirmer à un niveau sans précédent que la rugosité de l'interface SiC a peu d'effet alors que les charges sous l'interface SiC et les vibrations atomiques sont des facteurs dominants, " dit Koji Kita, professeur agrégé à la Graduate School of Engineering de l'Université de Tokyo et l'un des scientifiques à la tête de la recherche.
En utilisant un dispositif SiC-MOSFET de type planaire antérieur à des fins de comparaison, la résistance a été réduite des deux tiers en raison de la suppression de la diffusion des électrons, ce qui a été obtenu en éloignant les électrons des charges sous l'interface SiC. Le dispositif de type planaire précédent a la même structure d'interface que celle du SiC-MOSFET fabriqué par l'électronique.
Pour le test, Mitsubishi Electric s'est occupé de la conception, la fabrication et l'analyse des facteurs limitant la résistance et l'Université de Tokyo a pris en charge la mesure des facteurs de diffusion des électrons.
"En avant, nous continuerons d'affiner la conception et les spécifications de notre MOSFET SiC pour abaisser encore la résistance des dispositifs d'alimentation SiC, " dit Yamakawa de Mitsubishi Electric.
