Dispositivi SiC più efficienti e affidabili per un futuro più verde
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I ricercatori dell'Università di Osaka hanno sviluppato una tecnica innovativa per migliorare le prestazioni e l'affidabilità dei dispositivi MOS (metal-oxide-semiconductor) al carburo di silicio (SiC), un componente chiave dell'elettronica di potenza.
Schema concettuale della ricottura a idrogeno diluito della struttura SiO2/SiC. Lo sfondo è quello della camera bianca di Classe 1 della Graduate School of Engineering dell'Università di Osaka.
The University of Osaka
I dispositivi MOS al carburo di silicio offrono un'efficienza energetica superiore rispetto ai tradizionali dispositivi al silicio, rendendoli ideali per applicazioni come i veicoli elettrici e i sistemi di energia rinnovabile. Tuttavia, i precedenti tentativi di migliorare le prestazioni dei dispositivi SiC MOS si basavano sull'introduzione di impurità come l'azoto, che purtroppo compromettevano l'affidabilità e limitavano l'intervallo di tensione operativa. Ciò richiedeva una progettazione rigorosa dell'azionamento del gate, ostacolandone una più ampia adozione.
Il team dell'Università di Osaka ha scoperto che un processo di ricottura all'idrogeno ad alta temperatura in due fasi, eseguito prima e dopo la deposizione dell'ossido del gate, può migliorare drasticamente sia le prestazioni che l'affidabilità senza la necessità di queste impurità problematiche. Questo processo rimuove efficacemente i difetti all'interfaccia ossido/SiC, determinando una minore densità di stati di interfaccia e una maggiore mobilità dei canali. I dispositivi hanno dimostrato una migliore immunità alle sollecitazioni di polarizzazione sia positive che negative, ampliando il loro intervallo di tensione operativa.
Questa scoperta ha implicazioni significative per il futuro dell'elettronica di potenza. Migliorando l'affidabilità e le prestazioni dei dispositivi SiC MOS, questa tecnica apre la strada a una loro più ampia adozione e contribuisce a un futuro di maggiore efficienza energetica. Ciò sarà particolarmente vantaggioso nelle applicazioni che richiedono elevate potenze e frequenze di commutazione, come gli inverter dei veicoli elettrici e i convertitori di energia rinnovabile.
"I dispositivi SiC MOS, nonostante la produzione di massa, non hanno ancora raggiunto il loro pieno potenziale in termini di prestazioni e affidabilità", spiega il Prof. Takuma Kobayashi, il ricercatore principale. "I nostri risultati offrono una soluzione a questa annosa sfida e aprono nuove ed entusiasmanti possibilità per i dispositivi di potenza SiC. Abbiamo superato molti ostacoli durante questa ricerca e sono grato a tutti i miei co-autori per il loro contributo".
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