Démêler la recombinaison de tarière dans des dispositifs bipolaires sous injection de porteurs élevés

Les dispositifs haute tension et haute puissance sont essentiels pour des opérations haute puissance plus efficaces et durables. Un candidat pour de tels dispositifs de nouvelle génération est le carbure de silicium bipolaire (SiC). Les dispositifs SiC ont déjà trouvé des applications commerciales, les transistors à effet de champ semi-conducteurs SiC et les diodes à barrière Schottky surpassant leurs alternatives au silicium en raison d’une résistance à l’état passant plus faible et d’une tension de claquage plus élevée. Cependant, les dispositifs SiC standard industriels actuels sont unipolaires – ils conduisent l’électricité en utilisant uniquement des électrons.

Les appareils bipolaires, qui utilisent à la fois des électrons et des trous pour la conduction électrique, ont en règle générale une résistance à l’état passant plus faible. Ainsi, les dispositifs bipolaires SiC devraient être la prochaine grande étape dans les dispositifs haute puissance. Mais l’efficacité du dispositif SiC bipolaire dépend de la durée de vie du porteur, qui est à son tour déterminée par plusieurs processus de recombinaison électron-trou, à savoir les processus de recombinaison Shockley-Read-Hall (SRH), de surface, radiatif et Auger.

Alors que les effets de la SRH, des processus de surface et radiatifs peuvent être bien prédits et minimisés en contrôlant la structure de surface, en polissant et en réduisant le nombre de centres de recombinaison, les facteurs conduisant à la recombinaison Auger se sont avérés plus difficiles à identifier. Les discussions actuelles sur le sujet suggèrent que la concentration des porteurs et les pièges à recombinaison sont des forces dominantes dans la recombinaison Auger.

Récemment, des chercheurs du Département de génie électrique et mécanique de l’Institut de technologie de Nagoya (NITech) ont démystifié les effets de la concentration des porteurs et des pièges sur le taux de recombinaison Auger. L’équipe de recherche, composée du professeur agrégé Masashi Kato, de M. Kazuhiro Tanaka et de M. Keisuke Nagaya de NITech, a utilisé une technique optique appelée absorption de porteurs libres résolue en temps pour mesurer la recombinaison de porteurs excités dans 4H-SiC. L’étude a été publiée dans Journal japonais de physique appliquée.

“Nous savons que le processus Auger dépend de la concentration du donneur sous une faible injection de porteurs. À l’inverse, dans la condition d’injection élevée, le taux de recombinaison Auger diminue avec l’augmentation de la concentration de porteurs excités. Mais alors que le coefficient de recombinaison Auger a été rapporté expérimentalement par un certain nombre de chercheurs dans la littérature, il est généralement rapporté comme une constante », explique le professeur agrégé Kato.

Dans cette étude, l’équipe de recherche a observé une recombinaison de porteurs excités dans 4H-SiC dans des conditions d’injection élevées. En conséquence, ils ont découvert que la recombinaison Auger dépend principalement de la concentration de porteurs excités et que les pièges ont des effets négligeables.

S’exprimant sur les applications de la recherche, le professeur agrégé Kato déclare : « Afin de créer de meilleurs dispositifs haute puissance, nous devons comprendre les propriétés des matériaux de base et optimiser les structures des dispositifs. Grâce à notre méthode, nous avons pu estimer la dépendance à la concentration des porteurs excités. de la recombinaison Auger. Nous nous attendons à ce que ce coefficient Auger estimé s’avère extrêmement utile dans le développement de futurs dispositifs bipolaires SiC avec injection de porteurs à haute concentration.