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Nuovi materiali semiconduttori

Alla fine del IXX secolo il carburo di silicio (SiC) veniva usato principalmente per utensili da taglio, mole e carte abrasive. Al giorno d'oggi viene riconosciuto come uno degli elementi essenziali per i materiali dell'industria dei semiconduttori.

Tecnologie industriali

Il carburo di silicio ha un colore dal verde scuro al verde chiaro e la sua formula chimica è SiC. Viene normalmente prodotto in un forno elettrico ad arco ed è stato largamente usato come materiale abrasivo e strutturale. È però anche un semiconduttore a banda larga proibita attualmente in fase di sviluppo attivo per i dispositivi ad elevata potenza, temperatura e frequenza. L'interesse per questo materiale deriva dalla sua elevata mobilità elettronica in relazione ad un fenomeno chiamato politipismo. I cristalli SiC mostrano molte strutture a seconda dell'ordine di impilamento dei tetraedri Si-C. I principali politipi di SiC studiati hanno la struttura cubica (3C) o esagonale (4H o 6H). È la struttura 3C ad avere la maggiore mobilità elettronica e la banda proibita inferiore ed è perciò estremamente adatta alle applicazioni di media potenza (300-1200V, 10-100A). Tuttavia, l'interesse si è concentrato sui politipi esagonali per la disponibilità commerciale dei substrati tagliati dai cristalli bulk. Il progetto SOLSIC ha corretto questo problema sviluppando cristalli e wafer di SiC cubico bulk ed esaminando al contempo le proprietà del SiC cubico. In base al 3C-SiC sono stati sviluppati diversi tipi di rettificatori come i diodi a barriera Schottky e diversi tipi di transistor come i transistor a effetto di campo a semiconduttore metallo-ossido (MOSFET). È stata costituita una linea di lavorazione per la produzione di questi dispositivi. La lavorazione include la crescita epitassiale di strati di tipo n e p, l'impiantazione ionica e l'annealing post impiantazione, la litografia, l'attacco a secco, la deposizione di diossido di silicio e nitruro di silicio e l'ossidazione termica. Perciò i dispositivi prodotti hanno prestazioni corrispondenti ai rispettivi dispositivi sofisticati in SiC esagonale. C'è stata una forte riduzione dei difetti del cristallo, che inizialmente impedivano alle prestazioni di raggiungere i valori previsti. In conclusione, è stato dimostrato che per le applicazioni di media potenza, da 300 a 600 Volt, i dispositivi prodotti dal carburo di silicio cubico hanno delle ottime prestazioni.

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