Effizientere und zuverlässigere SiC-Bauelemente für eine grünere Zukunft
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Forscher der Universität Osaka haben eine neuartige Technik entwickelt, um die Leistung und Zuverlässigkeit von Metall-Oxid-Halbleiter-Bauelementen (MOS) aus Siliziumkarbid (SiC), einer Schlüsselkomponente in der Leistungselektronik, zu verbessern. Bei diesem Durchbruch wird ein einzigartiger zweistufiger Glühprozess mit verdünntem Wasserstoff eingesetzt, um unnötige Verunreinigungen zu beseitigen und die Zuverlässigkeit der Bauelemente erheblich zu verbessern.
Ein konzeptionelles Diagramm der Glühung mit verdünntem Wasserstoff von SiO2/SiC-Strukturen. Die Hintergrundkulisse befindet sich im Reinraum der Klasse 1 in der Graduate School of Engineering der Universität Osaka.
The University of Osaka
SiC-Leistungsbauelemente bieten im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen auf Siliziumbasis eine höhere Energieeffizienz und eignen sich daher ideal für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energiesysteme. Bisherige Versuche, die Leistung von SiC-MOS-Bauelementen zu verbessern, beruhten jedoch auf der Einführung von Verunreinigungen wie Stickstoff, was leider die Zuverlässigkeit beeinträchtigte und den Betriebsspannungsbereich einschränkte. Dies erforderte ein strenges Gate-Drive-Design, was einer breiteren Anwendung im Wege stand.
Das Team der Universität Osaka entdeckte, dass ein zweistufiger Hochtemperatur-Wasserstoffglühprozess, der vor und nach der Abscheidung des Gate-Oxids durchgeführt wird, sowohl die Leistung als auch die Zuverlässigkeit drastisch verbessern kann, ohne dass diese problematischen Verunreinigungen erforderlich sind. Durch diesen Prozess werden Defekte an der Oxid/SiC-Grenzfläche wirksam entfernt, was zu einer geringeren Grenzflächendichte und einer höheren Kanalbeweglichkeit führt. Die Bauelemente weisen eine verbesserte Immunität gegen positive und negative Vorspannungen auf und erweitern ihren Betriebsspannungsbereich.
Dieser Durchbruch hat erhebliche Auswirkungen auf die Zukunft der Leistungselektronik. Durch die Verbesserung der Zuverlässigkeit und Leistung von SiC-MOS-Bauelementen ebnet diese Technik den Weg für deren breiteren Einsatz und trägt zu einer energieeffizienteren Zukunft bei. Dies wird insbesondere bei Anwendungen von Vorteil sein, die hohe Leistungen und Schaltfrequenzen erfordern, wie z. B. Wechselrichter für Elektrofahrzeuge und Umrichter für erneuerbare Energien.
"SiC-MOS-Bauelemente werden zwar in Massenproduktion hergestellt, haben aber noch nicht ihr volles Potenzial in Bezug auf Leistung und Zuverlässigkeit erreicht", erklärt Prof. Takuma Kobayashi, der leitende Forscher. "Unsere Ergebnisse bieten eine Lösung für diese seit langem bestehende Herausforderung und eröffnen spannende neue Möglichkeiten für SiC-Leistungsbauelemente. Wir haben bei dieser Forschung viele Hürden überwunden, und ich bin allen meinen Mitautoren für ihre Beiträge dankbar."
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