in

Distribution des défauts dans les diodes SiC à implantation ionique

Diodes SiC

Les diodes SiC ou semi-conducteurs unipolaires en carbure de silicium sont largement utilisés dans le commerce. Toutefois, une relation de compromis entre la tension de claquage et la résistance spécifique de la couche de dérive, ou résistance à l’état passant spécifique limitent leur fonctionnement.

L’inclusion d’une structure de super jonction fait référence à un arrangement de couches n et p dans des tranchées dans la couche de dérive. Il s’agit aussi de l’activation d’un fonctionnement bipolaire dans le dispositif permettant de surmonter cette limite unipolaire. Le fonctionnement bipolaire entraîne une forte diminution de la résistance à l’état passant. Il induit en effet une modulation de la conductivité dans la couche de dérive. Mais le fonctionnement bipolaire n’est pas sans inconvénient. Les pertes par conduction et par commutation dans les dispositifs bipolaires doivent être soigneusement équilibrées.

pcloud

Les couches de contact de type P dans les semi-conducteurs sont généralement formées par dopage à l’aluminium (Al). Il est possible de réaliser ce dopage à l’aluminium de deux manières : par épitaxie ou par implantation ionique.

La croissance épitaxiale implique le dépôt couche par couche de matériaux semi-conducteurs sur un substrat. D’un autre côté, l’implantation ionique implique le bombardement des couches semi-conductrices avec des particules chargées à haute énergie. Mais l’implantation ionique entraîne la formation de défauts en profondeur dans les couches de semi-conducteurs. Ce qui pourrait avoir un effet critique sur la modulation de la conductivité.

Dans une étude récente publiée dans Physica Status Solidi (b), des chercheurs japonais ont étudié la distribution en profondeur des défauts dans des diodes bipolaires en SiC. Des diodes formées par dopage à l’aluminium.

Ces résultats aideront à la conception optimale des dispositifs de puissance en SiC. Des dispositifs bientôt employés dans les véhicules électriques, les trains, etc. Ces résultats contribueront finalement à améliorer les performances. Ils serviront aussi à optimiser la consommation d’énergie des systèmes de traction dans les véhicules et les trains.

Des diodes SiC PiN avec des couches p dopées à l’aluminium.

Pour étudier la distribution en profondeur des défauts, l’équipe de recherche a fabriqué deux diodes SiC PiN avec des couches p dopées à l’aluminium. 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 d’une « spectroscopie transitoire à niveau profond » (DLTS) conventionnelle.

Ainsi les chercheurs ont caractérisé leurs propriétés par cathodoluminescence (CL). Ils ont constaté que le dépôt de la couche de type p par croissance épitaxiale n’a pas causé de dommages dans les couches de type n adjacentes. Mais la croissance a montré une légère instabilité qui a conduit à la formation de défauts de niveau profond. La résistance spécifique à l’état passant de cette diode était également faible, grâce aux effets de la modulation de la conductivité.

Pour les diodes SiC formées par implantation ionique, en revanche, les chercheurs ont constaté que le dopage à l’Al permettait d’obtenir une résistance spécifique à l’état passant élevée. Ce, 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 région d’implantation.

La faible consommation d’énergie des dispositifs de puissance en SiC signifie qu’ils seront essentiels à l’avenir. Utiles, dans un monde où le changement climatique s’accentue. Un monde où la crise énergétique liée aux combustibles fossiles s’aggrave. Il est donc primordial d’améliorer rapidement la technologie des semi-conducteurs. L’objectif étant qu’elle puisse prendre la place qui lui revient sur la scène mondiale.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *