Forskere belyser mekanismen for halvledernedbrydning

Forskere ved Nagoya Institute of Technology (NITech) og samarbejdende universiteter i Japan har fået ny indsigt i mekanismerne bag nedbrydning af et halvledermateriale, der bruges i elektroniske enheder. Ved at fremhæve den specifikke videnskab bag, hvordan materialet nedbrydes, de gør plads til potentielle opdagelser, der kan forhindre ydelsesforringelse af materialet.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of Applied Physics i september 2018. Forskerne brugte Silicon Carbide (SiC) materiale til forsøget. SiC er ved at blive et mere populært alternativ til standard halvledermaterialer til elektroniske enheder. Undersøgelsen er baseret på en bestemt type SiC -materiale, der er karakteristisk for dets struktur, eller 4H-SiC. Dette materiale blev udsat for både fotoluminescens samt forskellige temperaturer som et middel til at skabe specifikke former for deformationer, der fører til nedbrydning af SiC-baserede enheder. Forskerne var i stand til at observere, hvordan disse deformationer rent faktisk finder sted på atomniveau.

"Vi kvantificerede den hastighed, hvormed elektriske ladningspartikler bevæger sig i områder af 4H-SiC-materiale, hvor atomstrukturen er blevet defekt. Dette vil indvarsle opdagelser af måder at undertrykke nedbrydning af SiC-baserede enheder, såsom kraftelektroniske systemer, "siger Dr. Masashi Kato, en lektor ved Frontier Research Institute for Materials Science i NITech.

For bedre at forstå den faktiske mekanisme bag atomdeformation, der fører til nedbrydninger, forskerne brugte fotoluminescens til at fremkalde bevægelse af elektriske ladningspartikler og målte de hastigheder, hvormed det fandt sted. De ledte efter specifikke faktorer, der kan begrænse partikelbevægelse, herunder det anvendte materiale.

De testede også virkningerne af stigende temperatur, specifikt på udkig efter, om højere temperaturer vil øge eller reducere deformationshastigheden.

Ifølge Dr. Kato, tilstedeværelsen af ​​en bestemt slags atomisk deformation, der forårsager materialets nedbrydning, er særlig problematisk for SiC-baserede strømudstyr. "Mens en bestemt SiC-baseret enhed er i drift, materialets atomer deformeres, hvilket fører til nedbrydning. Processen, hvormed disse atomer deformeres, er endnu ikke klar. Hvad man ved, imidlertid, er, at bevægelse af elektrisk ladning inden i materialet samt områder, hvor materialet er blevet defekt, allerede bidrager til den førnævnte atomdeformation, "fastslår han.

Hidtil har lignende eksperimenter tidligere været udført af andre forskere, de rapporterede resultater er ikke konsistente. Her, resultatet af eksperimenter med fotoluminescens indikerer, at bærerrekombinationen i enkelte Shockley-stabelfejl (1SSF'er) og ved delvise dislokationer (PD'er) er hurtigere end i områder uden 1SSF'er i 4H-SiC. Sådan hurtig rekombination vil medføre nedbrydning af enheden med 1SSF'er. Ud over, 1SSF ekspansionshastighed stiger også med temperaturstigning.

Som sådan, de baner vejen for forskning, der vil dreje sig om afmatning af nedbrydning af SiC-baserede enheder. Det her, på tur, kan potentielt resultere i højere kvalitet og mere holdbare enheder.

I den retning, forfatterne oplyser, at deres fremtidige forskningsindsatser vil fokusere på at finde ud af måder at forhindre, at SiC-baserede enheder nedbrydes samt skabe enheder, der ikke slides ned over tid.