Dispositivos SiC mais eficientes e fiáveis para um futuro mais ecológico
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Os investigadores da Universidade de Osaka desenvolveram uma nova técnica para melhorar o desempenho e a fiabilidade dos dispositivos de metal-óxido-semicondutor (MOS) de carboneto de silício (SiC), um componente-chave da eletrónica de potência. Este avanço utiliza um processo único de recozimento em duas fases que envolve hidrogénio diluído, para eliminar impurezas desnecessárias e melhorar significativamente a fiabilidade do dispositivo.
Um diagrama concetual do recozimento com hidrogénio diluído da estrutura SiO2/SiC. O cenário de fundo é o interior da sala limpa de Classe 1 localizada na Graduate School of Engineering, Universidade de Osaka.
The University of Osaka
Os dispositivos de potência SiC oferecem uma eficiência energética superior aos dispositivos tradicionais à base de silício, tornando-os ideais para aplicações como veículos eléctricos e sistemas de energia renovável. No entanto, as tentativas anteriores de melhorar o desempenho dos dispositivos SiC MOS basearam-se na introdução de impurezas como o azoto, o que infelizmente comprometeu a fiabilidade e limitou a gama de tensões de funcionamento. Isto exigia uma conceção rigorosa do acionamento do portão, o que dificultava uma adoção mais ampla.
A equipa da Universidade de Osaka descobriu que um processo de recozimento de hidrogénio a alta temperatura em duas fases, realizado antes e depois da deposição do óxido do portão, poderia melhorar drasticamente o desempenho e a fiabilidade sem a necessidade destas impurezas problemáticas. Este processo remove eficazmente os defeitos na interface óxido/SiC, resultando numa menor densidade do estado da interface e numa maior mobilidade do canal. Os dispositivos demonstraram uma melhor imunidade contra tensões de polarização positivas e negativas, expandindo a sua gama de tensões operacionais.
Esta descoberta tem implicações significativas para o futuro da eletrónica de potência. Ao melhorar a fiabilidade e o desempenho dos dispositivos SiC MOS, esta técnica abre caminho à sua adoção mais generalizada e contribui para um futuro mais eficiente em termos energéticos. Isto será particularmente benéfico em aplicações que exijam elevadas potências e frequências de comutação, como os inversores de veículos eléctricos e os conversores de energias renováveis.
"Os dispositivos SiC MOS, apesar de se encontrarem em produção em massa, ainda não atingiram todo o seu potencial em termos de desempenho e fiabilidade", explica o Prof. TakumaKobayashi, o investigador principal. TakumaKobayashi, investigador principal. "As nossas descobertas oferecem uma solução para este desafio de longa data e abrem novas e excitantes possibilidades para os dispositivos de potência SiC. Ultrapassámos muitos obstáculos durante esta investigação e estou grato a todos os meus co-autores pelas suas contribuições."
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