Ionenimplantation in Halbleiterbauelementen. Matashi Kato / Nagoya Institute of Technology
Elektrofahrzeuge haben eine Leistungsschwelle erreicht.
Und ein Team von Wissenschaftlern hat laut einer aktuellen Studie erhebliche Fortschritte bei der Erforschung von Möglichkeiten gemacht, das Design von Siliziumkarbid-Leistungsgeräten, die für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, Zügen und vielen anderen Fahrzeugen vorgesehen sind, erheblich zu verbessern.veröffentlicht in der ZeitschriftPhysischer Zustand Solidi b.
Wenn diese auf den Markt kommen, könnte dies die Reichweite, Leistung und Energieeffizienz von vollelektrischen Fahrzeugen erheblich steigern.
Verbesserung der Leistung, Größe und des Energieverbrauchs von Elektrofahrzeugen
Unipolare Halbleiter aus Siliziumkarbid SiC haben eine weit verbreitete kommerzielle Anwendung gefunden, aber um sie zu betreiben, sehen wir uns einem Catch-22 zwischen dem spezifischen Einschaltwiderstand oder einer Durchbruchspannung und dem spezifischen Widerstand der Driftschicht gegenübereine sogenannte Super-Junction-Struktur, die die Anordnung der "n- und p-Schichten" innerhalb von Gräben in der Driftschicht bezeichnet, die den bipolaren Betrieb in solchen Geräten ermöglicht. Und dies öffnet eine Lücke, um die unipolare Grenze zu überschreiten.
Und in der jüngsten Studie untersuchten in Japan ansässige Forscher die Tiefenverteilungsdefekte, die in bipolaren SiC-Dioden gefunden wurden, die durch Aluminiumdotierung Al-Dotierung hergestellt wurden. Die Al-Dotierung umfasst entweder eine epitaktische oder eine Ionenimplantation, von denen erstere eine Schicht fürSchichtabscheidung von Halbleitermaterialien auf einem Substratmaterial. Die Ionenimplantation erfordert andererseits, dass Sie die Schichten des Halbleitermaterials mit geladenen hochenergetischen Teilchen beschießen. Aber die Ionenimplantation kann tief in die Halbleiterschichten eingebettete Defekte erzeugen, die möglicherweise zuzu negativen Auswirkungen auf die Leitfähigkeitsmodulation, die die Leistung beeinträchtigen können.
Und bei der Erforschung, wie und wann dies geschieht, erforschen die Forscher den „Engineering Space“ für Lösungen, die die Leistung von Elektrofahrzeugen erheblich verbessern werdenFahrzeuge, Züge usw.“, sagte Associate Professor Masashi Kato vom Nagoya Institute of Technology, Japan, der die jüngste Studie leitete, in einer Pressemitteilung, die IE per E-Mail übermittelt wurde. „Diese Ergebnisse werden letztendlich dazu beitragen, die Leistung zu verbessern, sowiedie Größe und den Energieverbrauch von Traktionssystemen in Fahrzeugen und Zügen." Um die Tiefenverteilung von Defekten weiter zu untersuchen, erstellte das Forschungsteam zwei SiC-PiN-Dioden mit Al-dotierten p-Schichten.
Der geringe Stromverbrauch von SiC-Leistungsgeräten wird für zukünftige Fahrzeuge entscheidend sein
Eine der Dioden wurde durch epitaktisches Wachstum hergestellt, die andere durch Ionenimplantation. Anschließend bewerteten sie die Verteilung der Defekte in beiden Dioden mit Hilfe der konventionellen "Deep Level Transient Spectroscopy" DLTS, die es ihnen ermöglichte, zu untersuchenihre Eigenschaften mit Kathodolumineszenz CL. über epitaktisches Wachstum hinterließ keinen zusätzlichen Schaden in den angrenzenden n-Schichten. Dies war zwar vielversprechend, die gleiche epitaktisch gewachsene Diode zeigte jedoch auch eine geringfügige Instabilität, die zur Bildung von Defekten auf tiefer Ebene führte. Außerdem war der spezifische Durchlasswiderstand dieser Diodeaufgrund der Auswirkungen der Leitfähigkeitsmodulation niedrig, wodurch eines der beiden oben beschriebenen Haupthindernisse überwunden wird.
Auf der anderen Seite des experimentellen Spektrums entdeckten die Forscher, dass es gelang, durch Al-Dotierung in der durch Ionenimplantation erzeugten Diode einen hohen spezifischen Einschaltwiderstand zu erreichen, ohne Änderung der Leitfähigkeitsmodulation. Die Forscher stellten auch fest, dass die Defekte im Halbleiterbauelement mindestens 20 Mikrometer µm vom Implantationsbereich entfernt waren. „Unsere Studie zeigt, dass die Ionenimplantation in SiC-Bipolarbauelementen bearbeitet werden mussmindestens 20 µm von den aktiven Regionen entfernt", sagte Kato in der mit IE geteilten Pressemitteilung. Insbesondere der niedrige Stromverbrauch von SiC-Leistungsgeräten wird für zukünftige Fahrzeuge entscheidend sein, da die Auswirkungen des Klimawandels alles, was in derWelt, zum großen Teil dank der fossilen Brennstoffindustrie. Aber indem wir die Halbleitertechnologie mit beispielloser Geschwindigkeit vorantreiben, könnten wir die Sicherheiten für die Menschheit und andere Arten auf der Erde verringern und eine nachhaltigere Zukunft viel früher Wirklichkeit werden lassen, als gegenwärtige Schätzungen erwarten.