Ingen adskillelse nødvendig:Ikke-destruktiv metode til at måle bærerens levetid i SiC

Siliciumcarbid (SiC), et alsidigt og modstandsdygtigt materiale, der findes i flere krystallinske former, har tiltrukket sig stor opmærksomhed takket være sine unikke elektroniske egenskaber. Fra brugen i de første LED-enheder, til dets anvendelser i højspændingsenheder med lavt strømtab, SiC viser enestående halvlederadfærd. Indtil nu, driftsspændingerne for unipolære SiC-enheder er under 3,3 kV. Selvom det er nyttigt til de elektroniske systemer i biler, tog, og husholdningsapparater, unipolære SiC-baserede enheder kan ikke bruges i elproduktions- og distributionssystemer, som fungerer ved spændinger over 10 kV.

Nogle forskere mener, at løsningen på denne gåde ligger i bipolære SiC-enheder, som tilbyder lav on-modstand (og dermed lavere tab) gennem konduktivitetsmodulation. Imidlertid, konduktivitetens moduleringseffekt er tæt forbundet med levetiden for ophidsede ladningsbærere i halvlederen; længere bærelevetider i det tykke spændingsblokerende lag af SiC-enheder fører til øget modulering. På den anden side, overdrevent lange levetider for operatører øger koblingstabet, og denne afvejning skal være passende afbalanceret ved nøjagtigt at kontrollere fordelingen af ​​bærerlevetider i halvlederen.

Desværre, de fleste tilgængelige teknikker til måling af en halvleders bærerlevetidsfordeling er destruktive; prøven skal skæres for at dens tværsnit kan analyseres. Dette motiverede et forskerhold fra Japan, ledet af lektor Masashi Kato fra Nagoya Institute of Technology, at fokusere på at forbedre en af ​​de to eksisterende ikke-destruktive metoder:tidsopløst fri-bærer-absorption med intersektionelle lys (IL-TRFCA). I deres nye undersøgelse offentliggjort i Gennemgang af videnskabelige instrumenter , forskerne præsenterer nogle virkningsfulde ændringer af denne teknik (som de tidligere havde været banebrydende for) sammen med nogle meget lovende resultater.

IL-TRFCA-metoden består i det væsentlige af excitationslaser, som skaber fotoopspændte bærere og en sondelaser plus en detektor, som måler deres levetid. Ved at pege begge lasere på kanterne af en objektiv, de er lavet til at konvergere på overfladen af ​​prøven med modsatte indfaldsvinkler. Derefter, prøven flyttes mod linsen i mikrometriske trin, som får excitations- og probelaserne til at skære hinanden ikke ved overfladen af ​​prøven, men i gradvist dybere områder. På denne måde det lykkedes forskerne at måle fordelingen af ​​bærerlevetider i prøven uden at skulle skære den.

To væsentlige ændringer, forskerne foretog til IL-TRFCA-metoden, var vedtagelsen af ​​en større indfaldsvinkel på 34° (34 grader) for begge lasere og en højere numerisk blænde i objektivlinsen og detektoren. Disse modifikationer resulterede i forbedret dybdeopløsning og gjorde det også muligt at bruge IL-TRFCA i tykkere SiC-lag. Spændt på resultaterne, Dr. Kato bemærker, "Vores ikke-destruktive tilgang til måling af fordelingen af ​​bærerlevetider gør det muligt at bestemme uensartetheden af ​​et materiale uden at ødelægge prøven, som derefter kan bruges til at fremstille enheder, og forskning og udvikle bipolar SiC -teknologi, såsom højspændingsdioder og transistorer."

At have passende måleteknikker til sin rådighed er en af ​​de vigtigste faktorer i materialeforskning, og IL-TRFCA kunne nemt bane vejen for undersøgelsen - og i sidste ende adoption - af SiC i ultrahøjspændingsapplikationer. I denne forbindelse Dr. Kato kommenterer, "SiC-enheder kan fungere med lavere strømforbrug sammenlignet med konventionelle halvledere, og deres kommercialisering kan resultere i en betydelig reduktion i energiforbruget i elsystemer i hele verden. På tur, dette kan afhjælpe alvorlige miljøtrusler såsom ophobning af drivhusgasser."

Nu hvor værktøjerne er lagt frem, det er tid til at dykke dybere ned i, hvordan distributioner af bærerlevetid kan indstilles i tyk SiC og andre halvledere. Lad os håbe, at dette fører os til mere effektive enheder og en mere miljøvenlig fremtid!