Dispositivos de SiC más eficientes y fiables para un futuro más ecológico
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Investigadores de la Universidad de Osaka han desarrollado una novedosa técnica para mejorar el rendimiento y la fiabilidad de los dispositivos semiconductores de óxido metálico (MOS) de carburo de silicio (SiC), un componente clave de la electrónica de potencia. Este avance utiliza un proceso único de recocido en dos fases con hidrógeno diluido para eliminar impurezas innecesarias y mejorar significativamente la fiabilidad de los dispositivos.
Diagrama conceptual del recocido con hidrógeno diluido de la estructura SiO2/SiC. El escenario de fondo es el interior de la sala blanca de clase 1 situada en la Graduate School of Engineering de la Universidad de Osaka.
The University of Osaka
Los dispositivos de potencia de SiC ofrecen una eficiencia energética superior a la de los dispositivos tradicionales basados en silicio, lo que los hace ideales para aplicaciones como los vehículos eléctricos y los sistemas de energías renovables. Sin embargo, los intentos anteriores de mejorar el rendimiento de los dispositivos MOS de SiC se basaban en la introducción de impurezas como el nitrógeno, lo que desgraciadamente comprometía la fiabilidad y limitaba el rango de tensión de funcionamiento. Esto exigía un diseño estricto del accionamiento de la puerta, lo que dificultaba su adopción.
El equipo de la Universidad de Osaka descubrió que un proceso de recocido con hidrógeno a alta temperatura en dos pasos, realizado antes y después de la deposición de óxido en la puerta, podía mejorar drásticamente tanto el rendimiento como la fiabilidad sin necesidad de estas problemáticas impurezas. Este proceso elimina eficazmente los defectos en la interfaz óxido/SiC, lo que da lugar a una menor densidad de estados de interfaz y una mayor movilidad de canal. Los dispositivos demostraron una mayor inmunidad a las tensiones de polarización positivas y negativas, ampliando su gama de voltajes operativos.
Este avance tiene importantes implicaciones para el futuro de la electrónica de potencia. Al mejorar la fiabilidad y el rendimiento de los dispositivos MOS de SiC, esta técnica allana el camino para su adopción generalizada y contribuye a un futuro más eficiente desde el punto de vista energético. Esto será especialmente beneficioso en aplicaciones que requieran altas potencias y frecuencias de conmutación, como los inversores de vehículos eléctricos y los convertidores de energías renovables.
"Los dispositivos MOS de SiC, a pesar de producirse en masa, aún no han alcanzado todo su potencial en términos de rendimiento y fiabilidad", explica el profesor TakumaKobayashi, investigador principal. "Nuestros hallazgos ofrecen una solución a este viejo reto y abren nuevas y apasionantes posibilidades para los dispositivos de potencia de SiC. Hemos superado muchos obstáculos durante esta investigación, y agradezco a todos mis coautores sus aportaciones."
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