Elektronspridning under kiselkarbidgränssnittet (SiC) begränsas av tre faktorer:SiC-gränssnittets grovhet, laddningar under SiC-gränssnittet och atomvibrationer. Kredit:2017 Mitsubishi Electric Corporation.
En forskargrupp i Japan tillkännagav att den för första gången har kvantifierat effekterna av tre elektronspridningsmekanismer för att bestämma resistansen hos kiselkarbid (SiC) krafthalvledarenheter i krafthalvledarmoduler. Universitetsindustrins team har funnit att motståndet under SiC-gränssnittet kan minskas med två tredjedelar genom att undertrycka elektronspridning av laddningarna, en upptäckt som förväntas minska energiförbrukningen i elektrisk kraftutrustning genom att sänka motståndet hos SiC-krafthalvledare.
Elkraftsutrustning som används i hemelektronik, industriellt maskineri, tåg och andra apparater kräver en kombination av maximerad effektivitet och minimerad storlek. Mitsubishi Electric accelererar användningen av SiC-enheter för krafthalvledarmoduler, som är nyckelkomponenter i elektrisk kraftutrustning. SiC-kraftenheter erbjuder lägre motstånd än konventionella silikonkraftenheter, så för att ytterligare sänka deras motstånd är det viktigt att korrekt förstå egenskaperna hos motståndet under SiC-gränssnittet.
"Tills nu, dock, det hade varit svårt att separat mäta resistansbegränsande faktorer som bestämmer elektronspridning, " säger Satoshi Yamakawa, senior chef för SiC Device Development Center vid Mitsubishi Electrics Advanced Technology R&D Center.
Elektronspridning med fokus på atomvibrationer mättes med teknik från Tokyos universitet. Inverkan som laddningar och atomvibrationer har på elektronspridning under SiC-gränssnittet visade sig vara dominerande i Mitsubishi Electrics analyser av tillverkade enheter. Även om det har insetts att elektronspridning under SiC-gränssnittet begränsas av tre faktorer:SiC-gränssnittets grovhet, laddningarna under SiC-gränssnittet och atomvibrationen, bidraget från varje faktor hade varit oklart. För att bekräfta effekten av avgifterna, forskarna tillverkade en SiC-metalloxid-halvledarfälteffekttransistor av plan typ (SiC-MOSFET), där elektroner leder bort från SiC-gränssnittet till runt flera nanometer.
Forskningsresultaten visar att grovheten i SiC-gränssnittet har liten effekt för att begränsa motståndet, medan laddningar under SiC-gränssnittet och atomvibrationer är dominerande faktorer. Kredit:2017 Mitsubishi Electric Corporation.
"Vi kunde bekräfta på en aldrig tidigare skådad nivå att grovheten i SiC-gränssnittet har liten effekt medan laddningar under SiC-gränssnittet och atomvibrationer är dominerande faktorer, " säger Koji Kita, en docent vid University of Tokyos Graduate School of Engineering och en av forskarna som leder forskningen.
Använda en tidigare SiC-MOSFET-enhet av plan typ för jämförelse, motstånd reducerades med två tredjedelar på grund av undertryckande av elektronspridning, vilket uppnåddes genom att få elektronerna att leda bort från laddningarna under SiC-gränssnittet. Den tidigare enheten av planartyp har samma gränssnittsstruktur som den för SiC-MOSFET tillverkad av elektroniktillverkaren.
För provet, Mitsubishi Electric skötte designen, tillverkning och analys av de resistansbegränsande faktorerna och University of Tokyo skötte mätningen av elektronspridningsfaktorer.
"Går framåt, vi kommer att fortsätta att förfina designen och specifikationerna för vår SiC MOSFET för att ytterligare sänka motståndet hos SiC-kraftenheter, " säger Mitsubishi Electrics Yamakawa.
