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Piattaforma unica per dispositivi MOS

L’elettronica di potenza, che rende possibili delle efficienze energetiche sensibilmente più elevate, sta offrendo un futuro energetico sostenibile. Scienziati finanziati dall’UE stanno mostrando la strada grazie ai notevoli miglioramenti apportati alle strutture del carburo di silicio (SiC) e nelle interfacce con altri materiali.
Piattaforma unica per dispositivi MOS
Con una compatibilità dimostrata per applicazioni con potenza elevata e alte temperature, combinata con notevoli risparmi energetici, il SiC rappresenta il prossimo fenomeno importante nel mondo dell’elettronica di potenza. Il SiC è presente in molte differenti strutture cristalline chiamate politipi, con le più stabili che sono 4H-, 6H-, 15R- e 3C-SiC.

Anche se i ricercatori in tutto il mondo hanno investito tempo e fatica nello sviluppo di componenti elettronici innovativi con questo materiale, le interfacce immature con lo strato isolante del biossido di silicio (SiO2) o con i contatti metallici stanno ostacolando le prestazioni elevate del dispositivo. Questo potrebbe avvenire solo con 4H-SiC. Tuttavia, l’elaborazione di politipi 3C- o 15R-SiC a temperature che superano i 2 000 °C è molto più impegnativa rispetto a quelli 4H-SiC.

NETFISIC (Training network on functional interfaces for SiC) era una rete di formazione iniziale finanziata dall’UE, formata da 12 partner europei provenienti da 7 paesi. Il suo obbiettivo principale era quello di studiare diverse strade per migliorare le proprietà sia dell’interfaccia che quelle di bulk del 4H-SiC, cercando allo stesso tempo anche soluzioni per la crescita verso politipi 3C- e 15R-SiC. Le principali applicazioni a cui si mirava erano i condensatori MOS (metallo ossido semiconduttore) e i diodi Schottky.

Gli scienziati SiC appena assunti (16 in tutto) si sono avvicendati in tutti i laboratori partner che hanno preso parte alla loro formazione per migliorare non solo le competenze individuali ma anche il trasferimento di conoscenza e le collaborazioni tra i vari laboratori.

Gli scienziati hanno generato nuove conoscenze sul meccanismo di crescita e sulle proprietà dei politipi 3C- e 15R-SiC, principalmente usando tecniche di deposizione da vapore. Il drogaggio di 4H-SiC con il germanio, un elemento non comunemente usato, ha dimostrato un miglioramento inatteso ma evidente nelle proprietà elettroniche del politipo.

Molti sforzi sono stati anche dedicati al miglioramento delle interfacce SiC/SiO2, soprattutto per applicazioni MOS. Le misurazioni a pompa di carica hanno dimostrato di essere un metodo affidabile per un’analisi approfondita dell’interfaccia. Oltre che sulle strutture basate su MOS, ulteriori lavori sono stati condotti sui transistor ad effetto di campo a giunzione e sui diodi barriera Schottky.

Le attività di NETFISIC erano mirate a far progredire lo stato della tecnologia SiC per migliori dispositivi di potenza in ambienti ostili. Oltre a rafforzare la posizione dell’UE in un enorme mercato globale, la commercializzazione dei risultati ridurrà il consumo energetico e le emissioni di anidride carbonica, portando anche degli importanti benefici economici e ambientali.

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Keywords

Elettronica di potenza, carburo di silicio, politipi, metallo ossido semiconduttore, diodi Schottky