Sparer energi ved at tage et nærmere kig inde i transistorer

Forskere ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har udviklet en enkel, men præcis metode til at finde defekter i den seneste generation af siliciumcarbidtransistorer. Dette vil fremskynde processen med at udvikle mere energieffektive transistorer i fremtiden. De har nu offentliggjort deres resultater i Kommunikationsfysik .

At øge effektiviteten af ​​kraftelektroniske enheder er en måde at spare energi på i vores højteknologiske verden. Det er disse komponenter, der tilfører strøm fra solcelle- eller vindkraftværker til nettet. På samme tid, imidlertid, Disse komponenter bør ideelt set bruge så lidt elektricitet som muligt. Ellers, overskydende høre resultater, og yderligere komplekse kølesystemer er påkrævet, spild af energi som følge heraf.

Det er her komponenter lavet af silicium, standard halvledermateriale, når deres grænser på grundlag af deres iboende materialeegenskaber. Der er, imidlertid, et meget mere passende alternativ:siliciumcarbid, eller SiC for kort, en forbindelse lavet af silicium og kulstof. Den tåler høje spændinger, fungerer selv ved høje temperaturer, er kemisk robust og er i stand til at arbejde ved høje koblingsfrekvenser, som muliggør endnu bedre energieffektivitet. SiC-komponenter er blevet brugt med stor succes i flere år nu.

Power elektroniske kontakter lavet af siliciumcarbid, kendt som felteffekttransistorer, eller MOSFET'er for korte, arbejde ud fra grænsefladen mellem SiC og et meget tyndt lag af siliciumoxid, der er aflejret eller dyrket på det. Denne grænseflade, imidlertid, udgør en væsentlig udfordring for forskere:Under fremstilling, Der skabes uønskede defekter ved grænsefladen, der fanger ladningsbærere og reducerer den elektriske strøm i enheden. Forskning i disse defekter er derfor af afgørende betydning, hvis vi fuldt ud skal udnytte det potentiale, som materialet tilbyder.

Mønster opdaget

Konventionelle måleteknikker, som normalt er udviklet med silicium MOSFET-enheder i tankerne, blot ignorere eksistensen af ​​sådanne defekter. Mens der er andre måleteknikker tilgængelige, de er mere komplekse og tidskrævende, og er enten uegnede til brug i stor skala eller er simpelthen ikke egnede til brug på færdige komponenter. Så forskere ved lærestolen for anvendt fysik på FAU søgte nye, forbedrede metoder til at undersøge grænsefladedefekter - og de var vellykkede.

De bemærkede, at grænsefladedefekterne altid følger det samme mønster. "Vi har oversat dette mønster til en matematisk formel, ", forklarer ph.d.-kandidat Martin Hauck. "Brug af formlen giver os en smart måde at tage grænsefladedefekter i betragtning i vores beregninger. Dette giver os ikke kun meget præcise værdier for typiske enhedsparametre som elektronmobilitet eller tærskelspænding, det lader os også bestemme fordelingen og tætheden af ​​grænsefladedefekter næsten på siden."

I eksperimenter udført med transistorer specielt designet til formålet af forskernes industrielle partnere Infineon Technologies Austria AG og dets datterselskab Kompetenzzentrum für Automobil- &Industrie-Elektronik GmbH, metoden viste sig også at være yderst nøjagtig. At se nærmere på den indre kerne af felteffekttransistorerne giver mulighed for forbedrede og kortere innovationscyklusser. Ved at bruge denne metode, processer rettet mod at reducere defekter kan evalueres nøjagtigt, hurtigt og enkelt, og arbejde med at udvikle nye, mere energibesparende strømelektronik kan accelereres tilsvarende.