Brede bandgap -halvlederanordninger baseret på siliciumcarbid kan revolutionere elektronikken

Vækst af substrater af høj kvalitet til mikroelektroniske applikationer er et af nøgleelementerne, der hjælper med at drive samfundet mod en mere bæredygtig grøn økonomi. I dag, silicium spiller en central rolle inden for halvlederindustrien for mikroelektroniske og nanoelektroniske enheder.

Silikonskiver af høj renhed (99,0% eller højere) enkeltkrystallinsk materiale kan opnås via en kombination af flydende vækstmetoder, såsom at trække en frøkrystal fra smelten og ved efterfølgende epitaxy. Fangsten er, at den tidligere proces ikke kan bruges til vækst af siliciumcarbid (SiC), fordi den mangler en smeltefase.

I journalen Anvendt fysik anmeldelser , Giuseppe Fisicaro og et internationalt forskerteam, ledet af Antonio La Magna, beskrive en teoretisk og eksperimentel undersøgelse af atommekanismerne for udvidet defektkinetik i kubisk SiC (3C-SiC) som har en diamantlignende zinkblende (ZnS) krystalstruktur, der manifesterer både stabling og anti-fase ustabilitet.

"Udvikling af en teknologisk ramme til bekæmpelse af krystallinske ufuldkommenheder inden for SiC til applikationer med bredt bånd kan være en spilskiftende strategi, sagde Fisicaro.

Forskernes undersøgelse peger på de atomistiske mekanismer, der er ansvarlige for udvidet defektgenerering og udvikling.

"Antifasegrænser-plane krystallografiske defekter, der repræsenterer kontaktgrænsen mellem to krystalområder med skiftede bindinger (C-Si i stedet for Si-C)-er en kritisk kilde til andre udvidede defekter i et væld af konfigurationer, " han sagde.

Endelig reduktion af disse antifasegrænser "er særlig vigtig for at opnå krystaller af god kvalitet, der kan bruges i elektroniske enheder og muliggøre levedygtige kommercielle udbytter, sagde Fisicaro.

Så de udviklede en innovativ simulering Monte Carlo -kode baseret på en supergitter, som er et rumligt gitter, der indeholder både den perfekte SiC -krystal og alle krystalfejl. Det hjalp "med at belyse de forskellige mekanismer for defekt-defekt-interaktioner og deres indvirkning på de elektroniske egenskaber af dette materiale, " han sagde.

Fremvoksende halvlederenheder med bred båndgab, som dem der er bygget med SiC, er betydningsfulde, fordi de har potentiale til at revolutionere magtelektronikindustrien. De er i stand til hurtigere skiftehastigheder, lavere tab og højere blokeringsspændinger, der er bedre end standard siliciumbaserede enheder.

Store miljøfordele er også involveret. "Hvis verdens siliciumdrevne enheder, der blev brugt inden for dette område, blev erstattet af 3C-SiC-enheder, en reduktion på 1,2x10^10 kilowatt om året kunne opnås, "Sagde Fisicaro.

"Det svarer til en reduktion på 6 millioner tons kuldioxidemissioner, " han sagde.

Forskerne konkluderede, at de lave omkostninger ved 3C-SiC hetero-epitaksial tilgang og skalerbarheden af ​​denne proces til 300 millimeter skiver og videre gør denne teknologi ekstremt konkurrencedygtig for motordrev af elektriske eller hybridbiler, klimaanlæg, køleskabe, og lysemitterende diodebelysningssystemer.