Problem elektroniki z węglika krzemu został oficjalnie rozwiązany. Implementacja protonowa ma doprowadzić do rewolucji w zastosowaniach tego materiału
Węglik krzemu jest na wielu frontach lepszy od czystego krzemu. Dzięki swojej niskiej cenie, dużej gęstości mocy i niskich stratach przy wysokim napięciu doczekał się zastosowania w przetwornicach, napędach silnikowych i ładowarkach akumulatorów. Jednak jego niewystarczająca długoterminowa niezawodność (przez zjawisko degradacji bipolarnej) sprawiła, że nie doczekał się debiutu na rynku półprzewodników. To jednak może zmienić się już wkrótce.
Czytaj też: Elektryczny hipersamochód Pininfarina Battista trafił na tor i nie pozostawił po konkurencji suchej nitki
Wykorzystując węglik krzemu, ciągle go degradujemy, jako że małe dyslokacje w strukturze kryształu z czasem przekształcają się w duże defekty (Shockley), które stopniowo pogarszają wydajność i doprowadzają do awarii. Można to złagodzić, ale sposoby na to wymagają znacznie kosztowniejszych procesów produkcji. Rozwiązaniem tego problemu zajęli się niedawno naukowcy z Japonii, którzy wskazali, że może zapobiec dwubiegunowej degradacji w płytkach półprzewodnikowych z węglika krzemu poprzez zastosowanie “implementacji protonowej”.
Czytaj też: Test Hyundai Elantra – jak wyglądać drogo i kosztować niedużo
W ramach tego podejścia “wstrzykuje” się jony wodoru do podłoża za pomocą akceleratora cząstek, co zapobiega tworzeniu się pojedynczych defektów Shockleya poprzez spięcie częściowych dyslokacji w krysztale. Wymaga to dodatkowo zastosowania dodatkowego etapu obróbki w ramach wysokotemperaturowego wyżarzania w celu naprawy uszkodzeń podłoża powstałych podczas samego wstrzykiwania protonów.
Czytaj też: Mercedes każe ci zapłacić abonament za lepsze osiągi samochodu. I to wcale nie jest taki zły pomysł
Naukowcy stworzyli tym sposobem diody PiN, a następnie przeanalizowali ich charakterystyki prądowo-napięciowe i porównali z charakterystykami zwykłej diod. Na koniec wykonali im zdjęcia elektroluminescencyjne, aby zweryfikować jakość materiału. Wedle wyników diody poddane implantacji protonów działały równie dobrze jak zwykłe, ale bez oznak degradacji bipolarnej, więc teraz naukowcy mają nadzieję, że te odkrycia pomogą im zrealizować bardziej niezawodne i opłacalne urządzenia z węglika krzemu tak, aby zmniejszyć zużycie energii w pociągach czy pojazdach.
