Los científicos arrojan luz sobre el mecanismo de degradación material de los semiconductores

Los científicos arrojan luz sobre el mecanismo de degradación de los semiconductores
Los científicos del Instituto de Tecnología de Nagoya (NITech) y las universidades colaboradoras en Japón han adquirido nuevos conocimientos sobre los mecanismos detrás de la degradación de un material semiconductor que se utiliza en dispositivos electrónicos.

Al resaltar la ciencia específica detrás de cómo se degrada el material, están abriendo el camino para posibles descubrimientos que pueden evitar la degradación del rendimiento del material.

Los científicos utilizaron material de carburo de silicio (SiC) para el experimento. SiC se está convirtiendo en una alternativa más popular a los materiales semiconductores estándar para dispositivos electrónicos.

El estudio se basa en un tipo específico de material de SiC que es característico de su estructura, o 4H-SiC. Este material se expuso tanto a la fotoluminiscencia como a diversas temperaturas como medio para crear tipos específicos de deformaciones que conducen a la degradación de los dispositivos basados ​​en SiC.

Los científicos pudieron observar cómo estas deformaciones ocurren realmente en un nivel atómico.

«Hemos cuantificado la velocidad a la que las partículas de carga eléctrica se mueven en regiones de material 4H-SiC donde la estructura atómica ha sido defectuosa. Esto facilitará el descubrimiento de formas de suprimir la degradación de los dispositivos basados ​​en SiC, como los sistemas electrónicos de potencia», afirma el Dr. Masashi Kato, profesor asociado del Instituto de Investigación de Ciencia de Materiales Frontier en NITech.

Con el fin de comprender mejor el mecanismo real detrás de la deformación atómica que conduce a degradaciones, los investigadores utilizaron la fotoluminiscencia para inducir el movimiento de partículas de carga eléctrica y midieron las velocidades a las que tuvo lugar. Buscaron factores específicos que pueden limitar el movimiento de partículas, incluido el material utilizado.

También probaron los efectos del aumento de la temperatura, específicamente para ver si las temperaturas más altas aumentarán o disminuirán la tasa de deformación.

Según el Dr. Kato, la presencia de un tipo particular de deformación atómica que causa la degradación del material es particularmente problemática para los dispositivos de potencia basados ​​en SiC. «Mientras un dispositivo particular basado en SiC está en funcionamiento, los átomos del material se deforman, lo que conduce a la degradación.

El proceso por el cual estos átomos se deforman aún no está claro. Sin embargo, lo que se sabe es que el movimiento de carga eléctrica dentro del «El material, así como las áreas donde el material se ha convertido en defecto ya contribuyen a la deformación atómica mencionada anteriormente», afirma.

Hasta ahora, otros investigadores han realizado experimentos similares, pero los resultados que se han informado no son consistentes. Aquí, el resultado de los experimentos con fotoluminiscencia indica que la recombinación del portador en fallas.

De apilamiento de Shockley (1SSF) y en dislocaciones parciales (PD) es más rápida que en regiones sin 1SSF en 4H-SiC. Dicha recombinación rápida inducirá la degradación del dispositivo con 1SSF. Además, la velocidad de expansión 1SSF también aumenta con el aumento de la temperatura.

Como tales, allanan el camino para la investigación que girará en torno a la desaceleración de la degradación de los dispositivos basados ​​en SiC. Esto, a su vez, podría dar como resultado dispositivos de mayor calidad y más duraderos.

En esa línea, los autores afirman que sus futuros esfuerzos de investigación se centrarán en descubrir formas de evitar que los dispositivos basados ​​en SiC se degraden, así como en crear dispositivos que no se desgasten con el tiempo.

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