Forskare vid Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har utvecklat en enkel men noggrann metod för att hitta defekter i den senaste generationen kiselkarbidtransistorer. Detta kommer att påskynda processen att utveckla mer energieffektiva transistorer i framtiden. De har nu publicerat sina resultat i Kommunikationsfysik .

Att öka effektiviteten hos kraftelektroniska enheter är ett sätt att spara energi i vår högteknologiska värld. Det är dessa komponenter som matar ström från solceller eller vindkraftverk till nätet. På samma gång, dock, dessa komponenter bör helst använda så lite el som möjligt. Annat, överflödiga hörresultat, och ytterligare komplexa kylsystem krävs, slösar energi som ett resultat.

Det är här komponenter gjorda av kisel, standard halvledarmaterial, nå sina gränser på grundval av deras inneboende materialegenskaper. Det finns, dock, ett mycket mer lämpligt alternativ:kiselkarbid, eller SiC för kort, en förening gjord av kisel och kol. Den tål höga spänningar, fungerar även vid höga temperaturer, är kemiskt robust och kan arbeta vid höga kopplingsfrekvenser, vilket möjliggör ännu bättre energieffektivitet. SiC -komponenter har använts mycket framgångsrikt i flera år nu.

Elektriska strömbrytare av kiselkarbid, kända som fälteffekttransistorer, eller MOSFETs för kort, arbeta utifrån gränssnittet mellan SiC och ett mycket tunt lager av kiseloxid som avsätts eller odlas på den. Detta gränssnitt, dock, utgör en betydande utmaning för forskare:Under tillverkningen, oönskade defekter skapas vid gränssnittet som fångar laddningsbärare och minskar den elektriska strömmen i enheten. Forskning om dessa defekter är därför av yttersta vikt för att vi ska kunna utnyttja den potential som materialet erbjuder fullt ut.

Mönster upptäckt

Konventionell mätteknik, som vanligtvis har utvecklats med kisel MOSFET -enheter i åtanke, helt enkelt ignorera förekomsten av sådana defekter. Även om det finns andra mätmetoder tillgängliga, de är mer komplexa och tidskrävande, och är antingen olämpliga för användning i stor skala eller är helt enkelt inte lämpliga för användning på färdiga komponenter. Så forskare vid ordföranden för tillämpad fysik vid FAU sökte nytt, förbättrade metoder för att undersöka gränssnittsfel - och de lyckades.

De märkte att gränssnittsfel alltid följer samma mönster. "Vi översatte detta mönster till en matematisk formel, ”förklarar doktorand Martin Hauck.” Att använda formeln ger oss ett smart sätt att ta hänsyn till gränssnittsfel i våra beräkningar. Detta ger oss inte bara mycket exakta värden för typiska enhetsparametrar som elektronmobilitet eller tröskelspänning, Det låter oss också bestämma fördelningen och densiteten av gränssnittsfel nästan på sidan. "

I experiment som utförts med transistorer speciellt utformade för ändamålet av forskarnas industriella partner Infineon Technologies Austria AG och dess dotterbolag Kompetenzzentrum für Automobil- &Industrie-Elektronik GmbH, metoden visade sig också vara mycket exakt. Att titta närmare på den inre kärnan i fälteffekttransistorerna möjliggör förbättrade och kortare innovationscykler. Med denna metod, processer som syftar till att minska defekter kan utvärderas exakt, snabbt och enkelt, och arbeta med att utveckla nya, mer energibesparande kraftelektronik kan accelereras i enlighet därmed.