Des scientifiques de l'Institut de technologie de Nagoya (NITech) et des universités japonaises collaboratrices ont acquis de nouvelles connaissances sur les mécanismes à l'origine de la dégradation d'un matériau semi-conducteur utilisé dans les appareils électroniques. En mettant en évidence la science spécifique derrière la dégradation du matériau, ils font place à des découvertes potentielles qui peuvent empêcher la dégradation des performances du matériau.

L'étude a été publiée dans le Journal de physique appliquée en septembre 2018. Les scientifiques ont utilisé du carbure de silicium (SiC) pour l'expérience. Le SiC devient une alternative plus populaire aux matériaux semi-conducteurs standard pour les appareils électroniques. L'étude est basée sur un type particulier de matériau SiC caractéristique de sa structure, ou 4H-SiC. Ce matériau a été exposé à la fois à la photoluminescence et à diverses températures afin de créer des types spécifiques de déformations qui conduisent à la dégradation des dispositifs à base de SiC. Les scientifiques ont pu observer comment ces déformations se produisent réellement au niveau atomique.

« Nous avons quantifié la vitesse à laquelle les particules de charge électrique se déplacent dans les régions du matériau 4H-SiC où la structure atomique a été défectueuse. Cela ouvrira la voie à des découvertes de moyens de supprimer la dégradation des dispositifs à base de SiC tels que les systèmes électroniques de puissance, " déclare le Dr Masashi Kato, professeur agrégé au Frontier Research Institute for Materials Science de NITech.

Afin de mieux comprendre le mécanisme réel derrière la déformation atomique qui conduit aux dégradations, les chercheurs ont utilisé la photoluminescence pour induire le mouvement des particules de charge électrique et mesuré les vitesses auxquelles cela s'est produit. Ils ont recherché des facteurs spécifiques qui peuvent limiter le mouvement des particules, y compris le matériel qui a été utilisé.

Ils ont également testé les effets de l'augmentation de la température, en cherchant spécifiquement à voir si des températures plus élevées augmenteront ou diminueront le taux de déformation.

Selon le Dr Kato, la présence d'un type particulier de déformation atomique qui provoque la dégradation du matériau est particulièrement problématique pour les dispositifs de puissance à base de SiC. « Lorsqu'un appareil à base de SiC particulier est en fonctionnement, les atomes du matériau se déforment, ce qui conduit à la dégradation. Le processus par lequel ces atomes se déforment n'est pas encore clair. Ce qui est connu, cependant, est que le mouvement de la charge électrique à l'intérieur du matériau ainsi que les zones où le matériau est devenu un défaut contribuent déjà à la déformation atomique susmentionnée, " il déclare.

Jusqu'à présent, des expériences similaires ont été menées dans le passé par d'autres chercheurs, les résultats qui ont été rapportés ne sont pas cohérents. Ici, le résultat d'expériences avec la photoluminescence indique que la recombinaison des porteurs dans les failles d'empilement simples de Shockley (1SSF) et aux dislocations partielles (PD) est plus rapide que dans les régions sans 1SSF dans le 4H-SiC. Une telle recombinaison rapide induira la dégradation du dispositif avec les 1SSF. En outre, La vitesse d'expansion de 1SSF augmente également avec l'augmentation de la température.

En tant que tel, ils ouvrent la voie à des recherches qui s'articuleront autour du ralentissement de la dégradation des dispositifs à base de SiC. Cette, à son tour, pourrait potentiellement aboutir à des appareils de meilleure qualité et plus durables.

Le long de ces lignes, les auteurs déclarent que leurs futurs efforts de recherche se concentreront sur la recherche de moyens d'empêcher la dégradation des dispositifs à base de SiC ainsi que sur la création de dispositifs qui ne s'usent pas avec le temps.