Répartition des défauts dans les diodes SiC à implantation ionique

Plomberie des profondeurs : Répartition des défauts dans les diodes SiC à implantation ionique

L’implantation ionique est une méthode à basse température de « dopage » de dispositifs semi-conducteurs dans laquelle des particules chargées à haute énergie (ions) sont accélérées vers un semi-conducteur, provoquant la pénétration et la sédimentation des ions dans les couches du semi-conducteur. Crédit : Masashi Kato de l’Institut de technologie de Nagoya

Les semi-conducteurs unipolaires en carbure de silicium (SiC) sont largement utilisés dans le commerce, mais leurs opérations sont limitées par une relation de compromis entre la tension de claquage et la résistance spécifique de la couche de dérive, ou la résistance à l’état passante spécifique. Inclure une structure de super jonction, qui fait référence à un agencement de couches n et p dans des tranchées dans la couche de dérive, ou permettre un fonctionnement bipolaire dans le dispositif permet de surmonter cette limite unipolaire. Le fonctionnement bipolaire entraîne une forte diminution de la résistance passante en induisant une modulation de conductivité dans la couche de dérive. Mais le fonctionnement bipolaire n’est pas sans inconvénients. Les pertes de conduction et de commutation dans les appareils bipolaires doivent être soigneusement équilibrées.

Les couches de contact de type P dans les semi-conducteurs sont généralement formées par dopage à l’aluminium (Al). Le dopage Al peut être obtenu de deux manières : par implantation épitaxiale ou ionique. La croissance épitaxiale implique le dépôt couche par couche de matériaux semi-conducteurs sur un substrat, tandis que l’implantation ionique implique le bombardement des couches semi-conductrices avec des particules chargées à haute énergie. Mais l’implantation ionique conduit à la formation de défauts en profondeur dans les couches semi-conductrices, ce qui pourrait avoir un effet critique sur la modulation de la conductivité.

Dans une étude récente publiée dans État physique Solide (B), des chercheurs japonais ont étudié la distribution en profondeur des défauts dans les diodes bipolaires SiC formées par dopage à l’Al. « Nos résultats aideront à la conception optimale des dispositifs d’alimentation SiC, qui seront bientôt utilisés dans les véhicules électriques, les trains, etc. Ces résultats contribueront à terme à améliorer les performances, ainsi que la taille et la consommation d’énergie des systèmes de traction dans les véhicules et les trains. “, déclare le professeur agrégé Dr Masashi Kato de l’Institut de technologie de Nagoya, qui a dirigé l’étude.

Pour étudier la distribution en profondeur des défauts, l’équipe de recherche a fabriqué deux diodes SiC PiN avec des couches p dopées Al, l’une par croissance épitaxiale et l’autre par implantation ionique. Ils ont ensuite étudié la distribution des défauts dans les deux diodes à l’aide de la « spectroscopie transitoire de niveau profond » (DLTS) conventionnelle et ont caractérisé ses propriétés à l’aide de la cathodoluminescence (CL). Ils ont constaté que le dépôt de couche de type p par croissance épitaxiale n’a pas causé de dommages dans les couches de type n adjacentes, mais que la croissance a montré une légère instabilité qui a conduit à la formation de défauts de niveau profond. La résistance passante spécifique de cette diode était également faible, grâce aux effets de la modulation de conductivité.

Pour la diode formée par implantation ionique, cependant, les chercheurs ont découvert que le dopage à l’Al atteignait une résistance à l’état passante spécifique élevée sans influencer la modulation de la conductivité. De plus, les chercheurs ont observé que les défauts du dispositif semi-conducteur pénétraient jusqu’à un minimum de 20 µm de la zone d’implantation. “Notre étude montre que l’implantation ionique dans les dispositifs bipolaires SiC doit être traitée à au moins 20 µm des régions actives”, explique le Dr Kato.

La faible consommation d’énergie des dispositifs de puissance SiC signifie qu’ils seront essentiels à l’avenir à mesure que le changement climatique s’intensifie et que la crise des énergies fossiles s’aggrave. Améliorer rapidement la technologie des semi-conducteurs afin qu’elle puisse prendre la place qui lui revient sur la scène mondiale est d’une importance primordiale. Avec de solides résultats comme celui-ci pour éclairer la recherche et la fabrication futures, nous pouvons réaliser cet avenir plus tôt que prévu !


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Plus d’information:
Shuhei Fukaya et al, Distribution en profondeur des défauts dans les diodes SiC PiN formées à l’aide d’une implantation ionique ou d’une croissance épitaxiale, physique à l’état solide (b) (2021). DOI : 10.1002 / pssb.202100419

Fourni par l’Institut de technologie de Nagoya

Citation: Distribution des défauts dans les diodes SiC implantées dans des ions (2021, 18 novembre) récupéré le 18 novembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-11-defect-ion-implanted-sic-diodes.html

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